量子技术：是安全风险还是应对网络攻击的首选方案？为何、为谁以及从何处开始整合量子技术的重要性

量子密钥分发（Quantum Key Distribution, QKD）用于在两方之间安全地分发加密密钥。

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所谓的“Q-Day”正在临近，届时量子计算机将足够强大，能够破解当前的加密标准方法。为应对这一量子威胁而开发的解决方案之一便是量子密钥分发（QKD）。QKD的潜力巨大，但其当前的应用范围仍然有限。从安全性、成本到可扩展性和集成性，首席信息安全官（CISO）的担忧是可以理解的。

以下是CISO应关注的量子技术领域的挑战与发展：

1. 安全问题：QKD有多安全？

每位CISO的主要职责是保护信息。随着量子计算机的发展，传统的加密方法如RSA和椭圆曲线加密（ECC）将无法再保护敏感数据免遭解密。因此，需要替代方法。

QKD是一种密钥生成协议，工作在通信网络的物理层。所有QKD协议都利用量子力学概念，能够以极高的概率检测到对两方之间密钥交换的拦截或窃听。

抵御量子计算机攻击的另一种知名方法是后量子密码学（Post-Quantum Cryptography, PQC），它可以被当前的网络安全基础设施采用。这种经典方法通过使用计算上难以解决的问题来抵抗量子威胁，这些问题对量子计算机来说难以解决。然而，“难以”并不意味着“不可能”。PQC在未来可能容易受到存储和解密攻击，而QKD的安全性则是永久的。

随着量子计算的出现，存在延迟攻击的风险。这意味着今天存储的加密数据可能会在未来被攻击者解密，一旦量子计算机能够破解现有的加密。QKD提供了对这种威胁的持久保护，而PQC方法无法提供同等程度的保护。

另一种提供持久安全性的替代技术基于所谓的窃听码（Wiretap Codes）。近年来，这一技术取得了重大进展，并逐渐成为集成演示器的一部分。然而，其安全性保证依赖于对物理环境的假设，而这些假设的有效性目前无法在技术层面上确定。

与此同时，研究人员、工业界和政府机构正在努力将某些QKD设备认证为安全可靠的。

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2. 可扩展性

尽管QKD提供了强大的安全性，但其可扩展性仍然是一个重大挑战。最紧迫的问题之一是QKD能够有效实施的距离。许多QKD系统的范围有限，目前通常在专用光纤电缆上约为100至150公里，密钥速率在确保高安全性的情况下仅适用于特定应用。

通过卫星支持的QKD解决方案可以克服这一限制，但代价是服务的可靠性降低。因此，QKD的短距离仍然是一个重大缺点。对于许多企业来说，QKD仅适用于特定应用场景，例如在多个站点之间保护高价值敏感数据的交换。随着研究的不断推进，QKD的范围正在扩大，未来可能会适用于更广泛的应用场景。

3. 成本

成本是引入任何技术时的重要考虑因素。QKD实施所需的基础设施可能非常昂贵，特别是由于光子探测器和量子光源等专用硬件的高成本。

然而，QKD所需的财务投资应与基于量子计算机攻击的潜在未来成本联系起来考虑。在数据保密性至关重要的行业（如金融、国防和医疗保健），采用QKD的长期收益可能会超过初始实施成本：提供抵御未来量子威胁的安全性，是希望保护其最敏感数据的企业的必要投资。

正如经典加密系统的成本随着时间的推移而下降，随着QKD技术的进步和规模效应的实现，其成本预计也会下降。政府资助和行业合作也将有助于使QKD更加普及。

4. 集成

将QKD集成到现有的安全基础设施中是许多CISO面临的另一个挑战。QKD系统的复杂性，特别是专用硬件和基础设施的使用，构成了重大障碍。

好消息是，QKD供应商正在开发能够无缝集成到现有安全架构中的解决方案。QKD设备被设计为与经典基础设施并行工作。许多供应商提供交钥匙解决方案，使企业能够快速、轻松地扩展其现有系统以包含QKD功能。目前正在研究、测试和实施经典加密解决方案与QKD协同工作的混合系统。

正在进行的研究工作集中在提高QKD与国际标准和认证的互操作性上，旨在使QKD系统能够跨平台和跨制造商无缝工作。这使得企业能够逐步引入QKD，而无需彻底改造其整个安全基础设施。

5. 法律与监管问题

法律和监管考虑是引入新技术时的另一个问题。国际电信联盟（ITU）和欧盟等国际机构已经认识到QKD的重要性，并正在努力制定法律框架和技术标准，以确保QKD的广泛采用。

QKD是一项革命性技术，提供了无与伦比的安全性。尽管其引入面临挑战——特别是在成本、可扩展性和集成性方面——但其在保护敏感通信免受未来量子威胁方面的优势是不可否认的。随着QKD日益成熟和普及，CISO应考虑将该技术纳入其长期网络安全战略中。

这包括密切关注研究进展、参与试点项目，以及基于对数据长期保密性的评估，与其他方法进行批判性比较。

参考来源：

Quantenschlüssel aus der Sicht des CISO