【人工智能+交通】量子通信與智能交通---孫雷

北京國(guó)科量子通信研究院 孫雷 博士

　　量子通信和智慧交通關(guān)系是什么，量子通信能做什么？為什么量子通信能夠和智慧交通在一起產(chǎn)生融合創(chuàng)新？ 我主要分兩個(gè)部分介紹相關(guān)研究。跟第一個(gè)部分是幫大家介紹一下量子通信的原理和背景，第二是量子智慧交通新思路和探討。
　　首先物聯(lián)網(wǎng)、AI，核心就是現(xiàn)在的平臺(tái)化和大數(shù)據(jù)，因?yàn)锳I深度學(xué)習(xí)沒(méi)有大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，沒(méi)有辦法做精確。不管是物聯(lián)網(wǎng)還是大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，都很注重信息安全，沒(méi)有信息安全就沒(méi)有真正的網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，互聯(lián)網(wǎng)的安全數(shù)據(jù)的事故有很多，比如烏克蘭的電站大面積的停電事件，主要因?yàn)樾畔踩膯?wèn)題，導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)被別人侵入，甚至發(fā)生被攻擊的危險(xiǎn)。
　　在20世紀(jì)早期的時(shí)候就已經(jīng)奠定了量子計(jì)算物理基礎(chǔ)，是量子信息的第二個(gè)革命，量子物理在很多方面得到了很多應(yīng)用，主要分為四個(gè)層面，一個(gè)是量子計(jì)算，一個(gè)是量子通信、量子測(cè)量、量子模擬。量子計(jì)算和量子通信是什么關(guān)系呢？如果對(duì)于量子比特的話，一個(gè)比特既是0也是1計(jì)算能力就會(huì)得到比較大的提升。如果是49個(gè)量子計(jì)算機(jī)的話，就可以達(dá)到現(xiàn)在的太湖之光測(cè)算的能力，如果達(dá)到100個(gè)量子比特就會(huì)超過(guò)全世界計(jì)算能力的100萬(wàn)倍。早期量子計(jì)算機(jī)還是一個(gè)遙遠(yuǎn)的傳說(shuō)，但是這兩年發(fā)展來(lái)看量子計(jì)算發(fā)展非常迅速，IBM和谷歌也號(hào)稱在今年提出49量子比特位（音）。量子計(jì)算這對(duì)密碼學(xué)帶來(lái)非常大安全的顛覆，因?yàn)楝F(xiàn)在密碼體系或者非對(duì)稱的密碼體系是利用了計(jì)算能力和算法的復(fù)雜度之間的不匹配性實(shí)現(xiàn)必要的安全性，但是對(duì)于現(xiàn)在2048的分解，如果用現(xiàn)在的測(cè)算，大概也要上萬(wàn)年的時(shí)間才能把私鑰破解出來(lái)，如果是量子計(jì)算的話，10秒之內(nèi)就可以得到用戶的私鑰，這個(gè)就對(duì)安全帶來(lái)了非常大的顛覆。
　　量子通信又是什么呢？為什么能夠抵抗量子計(jì)算的風(fēng)險(xiǎn)呢？在現(xiàn)在量子物理學(xué)的計(jì)算當(dāng)中，什么叫量子通信呢？量子通信就是用量子的物理形態(tài)進(jìn)行信息的傳輸，量子是組成物質(zhì)最基本的單元，是一個(gè)能量的概念，普朗克對(duì)微觀物理學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)能量細(xì)分到最后是一個(gè)非連續(xù)的變量，這就提出能量有它最小的單元。它真正的物理存在有可能是分子，有可能是原子，現(xiàn)在在量子通訊當(dāng)中應(yīng)用最廣的是量子的分發(fā)，目前更多是應(yīng)該光纖對(duì)大光子的操作實(shí)現(xiàn)密鑰在收發(fā)兩端的安全的分發(fā)。
　　利用BB84協(xié)議，是1984年提出的用在量子通訊方面量子密鑰分發(fā)的協(xié)議，通過(guò)單光子進(jìn)行制備和測(cè)量之后，可以在通信的收發(fā)兩端同時(shí)產(chǎn)生量子術(shù)，實(shí)現(xiàn)了密鑰在收發(fā)兩端的安全的分發(fā)，用密鑰對(duì)傳統(tǒng)的信息進(jìn)行加密，這種加密可以抵抗現(xiàn)在的量子計(jì)算的風(fēng)險(xiǎn)。
　　量子通信因?yàn)樗哪芰Σ豢稍俜窒恚辛孔拥牟豢煞指詈筒豢蓮?fù)制的特性，通過(guò)這個(gè)特性保證了量子通信在密鑰分發(fā)的時(shí)候具備無(wú)條件的安全，保證了做密鑰分發(fā)的時(shí)候，密鑰能夠安全的到達(dá)A和B的發(fā)送方和接收方進(jìn)行通信。
　　第一個(gè)就是千公里級(jí)別的量子運(yùn)行常態(tài)的實(shí)驗(yàn)，及千公里自由級(jí)別的量子密鑰的分發(fā)。木質(zhì)衛(wèi)星（音）是全世界的創(chuàng)新性的非常大的突破。包括在美國(guó)在日歐盟都有量子通訊把地面量子骨干網(wǎng)絡(luò)和一些衛(wèi)星計(jì)劃的構(gòu)建，像歐盟是提出了量子宣言，預(yù)計(jì)未來(lái)五年投入50億歐元，在量子通訊方面進(jìn)行研究。
　　我國(guó)在量子保密通信領(lǐng)域走在世界的前列，包括從城域網(wǎng)和量子保密的建設(shè)都是走在世界的前列。在量子進(jìn)入干線是去年11月份完成了全線的貫通，在今年的9月29日號(hào)，京滬干線正式開(kāi)通，北京的廣告中心完成了北京和奧地利量子密鑰的視頻通話，現(xiàn)在在量子保密通信這塊達(dá)到了世界前列。
　　我們提出了QNET概念，包括現(xiàn)在基于底下的量子密鑰的分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建一個(gè)量子安全的服務(wù)使能平臺(tái)，把量子密鑰提供的接口的能力，以及利用量子密鑰進(jìn)行的身份認(rèn)證健全這樣的能力進(jìn)行封裝，封裝過(guò)后我們以API接口的方式提供給更多的行業(yè)使用，發(fā)布了QNET的理念。
　　量子安全如何同智能交通完美結(jié)合?它實(shí)現(xiàn)是密鑰在收發(fā)兩端的安全的分發(fā)，通過(guò)現(xiàn)在智能交通或者物聯(lián)網(wǎng)，都是終端、網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)和應(yīng)用層，包括車(chē)載通訊的時(shí)候，VX、V2X等等的時(shí)候，車(chē)輛的身份認(rèn)證、信息加密，包括敏感信息的傳輸都是需要有密鑰保護(hù)。
　　第一點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)智能交通離不開(kāi)量子安全，因?yàn)閿?shù)據(jù)中心需要對(duì)大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、傳輸，用量子通信進(jìn)行數(shù)據(jù)之間進(jìn)行密鑰分發(fā)之后，可保障數(shù)據(jù)之間的傳輸。比如北京工商銀行在北京的上地機(jī)房和上海機(jī)房之間的數(shù)據(jù)災(zāi)備和同步，通過(guò)京滬干線分發(fā)的密鑰進(jìn)行保護(hù)，這對(duì)智能交通和智能車(chē)聯(lián)網(wǎng)，從國(guó)家到省，到各個(gè)區(qū)域之間的數(shù)據(jù)中心傳的數(shù)據(jù)用量子通訊給數(shù)據(jù)傳輸提供了更加可靠和更加安全的手段。
　　構(gòu)建的安全服務(wù)的平臺(tái)解決了兩個(gè)問(wèn)題，第一個(gè)是在上層應(yīng)用設(shè)備使用時(shí)，不用和底層的量子通訊對(duì)接，另外是量子密鑰，或者是量子通訊是利用光纖進(jìn)行分發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)密鑰AB兩端的分發(fā)，利用這個(gè)平臺(tái)，可以通過(guò)量子網(wǎng)絡(luò)，它已經(jīng)制備好的密鑰，制備到不管是安全的硬件，信用卡或者是一些芯片中，可以把它放在車(chē)載設(shè)備和傳感器里面之后，可以在終端和云端進(jìn)行通訊的時(shí)候，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的通訊管理以及終端和云端的加密傳輸。
　　2015年大家攻擊特斯拉安全漏洞的分析，當(dāng)時(shí)是將私鑰和證書(shū)存儲(chǔ)在車(chē)載信息，一旦把車(chē)載存儲(chǔ)信息拿到就可以仿造中間人進(jìn)行攻擊，能夠?qū)ζ脚_(tái)，防爆終端獲取密碼過(guò)后，通過(guò)平臺(tái)發(fā)出一些指令，控制車(chē)輛。這種對(duì)未來(lái)的無(wú)人駕駛或者是智能網(wǎng)聯(lián)車(chē)這種平臺(tái)和車(chē)輛之間的雙向健全、重要敏感信息的傳輸，包括身份的認(rèn)證識(shí)別都非常重要。一旦說(shuō)沒(méi)有安全的機(jī)制、安全手段可能就會(huì)出現(xiàn)《速度與激情8》里面通過(guò)后臺(tái)控制汽車(chē)，對(duì)現(xiàn)在的基礎(chǔ)設(shè)施和對(duì)人員身份的攻擊。包括車(chē)載的信息平臺(tái)，包括引入量子密鑰和量子芯片，配合云端的量子通信的應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)云端系統(tǒng)和車(chē)載設(shè)備，或者車(chē)載信息安全網(wǎng)關(guān)之間的雙向健全認(rèn)證，對(duì)關(guān)鍵的信息的加密，這樣就可以使得車(chē)載，不管是車(chē)輛還是車(chē)載終端提供基于密鑰的合作。
最后希望通過(guò)量子網(wǎng)關(guān)通信作為新一代的信息技術(shù)，能夠提供更加可靠的信息安全保障，和車(chē)聯(lián)網(wǎng)和各界的合作伙伴，一起圍繞量子通信加行業(yè)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)更多的創(chuàng)新和突破。