量子保密通信遇上5G：为通信安全加上“双保险”

【摘要】在量子信息技术与信息通信技术融合背景下，面向提升信息通信安全性和便携性的迫切需求，本文采用了理论分析和实际应用案例结合的方式，探讨了量子保密通信与5G融合的探索实践，展示了量子保密通信在5G网络中的融合策略与应用成效。量子保密通信正携手5G在承载网络、网络切片等基础设施层面探索融合，同时催生出量子加密通话、量子加密对讲等融合创新应用。展望了量子保密通信与5G融合的未来发展：随着量子保密通信和5G在基础设施、应用场景等方面不断深度融合，将共同构筑高速泛在、自主可控的数字基础设施，为数字经济的蓬勃发展提供坚实而强大的安全保障，有力推动产业数字化转型升级，助力数字经济持续发展。

引用本文：缪亚军, 武俊, 戚海洋, 汤静, 李明翰. 量子保密通信与5G融合的探索实践[J]. 科技导报, 2025, 43(4): 14-18 https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2023.12.01895

目录

1 量子保密通信与5G融合满足日益增强的安全需求

2 量子保密通信提升5G网络基础设施安全

3 量子保密通信提供5G应用安全保障、推动融合创新

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2021年12月，国际电信联盟发布了《量子保密通信网络应用用例》报告，提出了量子保密通信与5G等电信网络、密码原语、TCP/IP协议、移动终端和垂直行业融合等6大类应用用例。2023年8月，我国首个面向应用的量子保密通信标准《量子保密通信应用基本要求》正式发布，为量子保密通信与5G在网络、应用等方面的融合提供了重要指引。

随着5G向经济社会多个领域渗透，其网络基础设施安全和数据、应用安全也越来越重要。我国2019年进入5G商用元年，截至2023年6月，建成5G基站约290万个，5G用户超6.7亿，5G应用加速推进。2021年11月，工业和信息化部要求打造国际领先的5G安全保障能力。

面对应用层面日益增强的安全需求和不断演进的网络攻击，5G安全体系需要不断迭代升级。一方面，既有的网络安全保障需要逐步健全；另一方面，主要通过经典密码保护身份认证和通信安全的5G网络和应用，需要更安全的技术手段增强安全性。量子保密通信与5G融合能够为5G构建更高等级的安全屏障提供重要支撑。

根据《量子保密通信应用基本要求》，量子保密通信是指以量子密钥分发（QKD）作为密钥分发功能组件，结合适当的密钥管理、密码算法和协议而形成的保密通信解决方案。QKD的安全性由量子物理原理保证。

得益于国家的前瞻部署和长期支持，国科量子通信网络有限公司在全球率先初步建成了星地一体广域量子保密通信骨干网络，具备全球量子密钥投送能力。网络成码率、可用性、可运营性等关键指标均处于全球领先地位，这为量子保密通信与5G技术的融合提供了条件和可能（图1）。

图1 量子保密通信与5G融合增强网络和应用安全

1量子保密通信与5G融合满足日益增强的安全需求

量子保密通信与5G融合为增强网络基础设施安全提供了重要的技术手段，国内外电信运营商已在5G承载网和5G网络切片中开展量子保密通信融合试点。

1）量子保密通信提升5G承载网的安全性。5G承载网分为前传、中传和回传。目前，量子保密通信与5G承载网络在前传、回传及设备层面的融合已取得成果。

在5G前传网络方面，2023年英国团队验证了量子保密通信技术保护5G前传网络的可行性，不仅提升了5G前传网络的安全性，同时对网络时延几乎无影响。

在5G回传网络方面，韩国SK Telecom在2019年应用量子保密通信保护数据安全，承载了约30%的5G核心网流量。主流设备商如思科、诺基亚、Juniper网络公司等也陆续开始将量子保密通信与路由器和光传输设备融合，支持利用量子密钥加密传输增强网络连接的安全性。

2）量子保密通信能增强5G网络切片隔离和数据传输的安全。5G引入网络切片技术，需保障切片间隔离和数据传输安全。目前，利用量子保密通信增强5G网络切片安全性的研究和试点工作正在推进。例如，国家电网等在电力领域开展现网试验，英国电信公司与约克大学等合作建立安全增强的端到端5G网络切片。

2量子保密通信提升5G网络基础设施安全

量子保密通信与5G融合，形成了量子加密通话和量子对讲等新产品、新业务，并在车联网、工业互联网等场景中开展试点应用。

1）量子加密通话/加密对讲。量子加密通话利用量子密钥增强5G VoIP/VoLTE的身份认证安全和通信安全，具有密钥“真随机”、端到端加密、“一话一密”等特点。中国电信、中国移动等已推出相关业务。量子加密对讲将量子安全能力融入5G对讲业务，采用“一次一密”加密方式，为重要活动提供安全保障服务（图2）。

图2 量子加密通话示意

2）量子保密通信+5G车联网应用。量子保密通信与5G的融合可满足车辆控制信息传输的高安全性和低时延需求，提高自动驾驶系统的安全性和可靠性（图3）。中国联通在北京的车联网示范基地验证了量子密钥云平台与5G车联网的应用，韩国电信在济州岛无人驾驶试验中利用量子密钥加密实时交通信息、突发路况等重要数据。

图3 量子保密通信+5G车联网应用示意

3）基于量子保密通信和5G的产品质量实时检测。基于量子保密通信和5G的产品质量实时检测方案，结合多种技术，可实现产品质量实时高精度检测，保障数据安全，提高企业检测效率（图4）。

图4 基于量子保密通信和5G产品质量实时检测示意

当前，量子保密通信与5G融合正处于探索和发展阶段，面临标准指导不足、应用案例不足和市场接受度低等挑战。但从行业发展看，这些挑战正受到更多关注和应对。在标准规范方面，国际电信联盟（ITU）和中国IMT-2030（6G）网络技术组等支持在6G网络中引入量子通信等增强的密码技术来实现量子安全。在市场推广方面，杭州亚运会、北京冬奥会等大型活动的量子+5G成功应用案例发挥了引领示范作用。

中央网络安全和信息化委员会办公室、国家发展和改革委员会等10个部门联合印发“5G应用‘扬帆’行动计划”，明确要求“加快跨领域融合创新发展……打好技术‘组合拳’，不断培育5G应用新蓝海”，鼓励相关行业和企业先行先试量子保密通信与5G融合技术，这有助于构筑数字基础设施，推动数字经济发展。

3量子保密通信提供5G应用安全保障、推动融合创新

本文作者：缪亚军、武俊、戚海洋、汤静、李明翰

作者简介：缪亚军，国科量子通信网络有限公司，博士，研究方向为量子信息科技产业化、量子保密通信应用与标准化；李明翰（通信作者），国科量子通信网络有限公司，高级工程师，研究方向为量子通信及标准化研究。

论文全文发表于《科技导报》2025年第3期，原标题为《量子保密通信与5G融合的探索实践》，本文有删减，点击文末“阅读原文”获取全文。

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