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策略研究_量子通信_无懈可击保密之盾2017年招商证券21页

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敬请阅读末页的重要说明
证券研究报告|策略研究
量子通信,无懈可击的保密之盾
2017年7月27日
张夏
86-755-82900253
zhangxia1@cmschina
S1090513080006
董理伟(研究助理)
dongliwei@cmschina
今年来,量子通信技术研究及产业化进展积极,我们认为科技类主题布局的
时间窗口将逐步来临,可跟踪量子通信的主题性机会
信商用沪杭干线全线接通、第一条商用量子通信专网济南市党政机关量子通
信专网顺利通过测试;前沿技术上中国墨子号”量子卫星在世界上首次实
现千公里量级的量子纠缠,并实现了白天远距离自由空间量子密钥分发试验
此外,马约拉纳费米子”的发现将大幅推进量子计算机的研发进程,传统
通信加密方式将面临最强之矛——量子计算机的挑战,量子通信技术(理论
上是不可破解之盾)需求愈发迫切
熟领域有三个,分别是国防、金融、政务专网。其中,2-3年内政务板块预
测将有50亿以上的市场规模,长期将有数百亿以上的市场。而一旦成本得
到有效控制,无条件安全的量子通信将占领公众网广阔的市场
了一批由科研机构孵化的科技产业实体。在国内,中科大在量子通信产业化
方面表现突出,其衍生与合作建立了科大国盾量子、安徽问天量子等公司,
进行量子保密通信前沿研究成果向应用技术和商用化产品的转化。上游的芯
片、设备商,下游的建设、运营商也会有所受益
轮股份、神州信息;量子通信网络建设的神州信息、三力士、皖能电力和科
华恒盛;专网龙头新海宜以及传统光通信芯片、设备商中兴通讯、烽火通信、
亨通光电、光迅科技、华工科技、福晶科技等
求不及预期
策略研究
敬请阅读末页的重要说明Page 2
一、传统通信加密的危机临近
1.1传统通信加密方式
目前最为广泛应用的密码体制是1977年由Ron Rivest、Adi Shamir 和
LeonardAdleman 一起提出的公钥加密算法,算法基于一个十分简单的数论事实:两个
大素数相乘十分容易,但是想要对其乘积进行因式分解却极其困难,因此可以将乘积公
开作为加密密钥
公钥体系的原理为:用户A有一对密钥对,分为公钥和私钥,这对密钥对是唯一的,
是通过对一个巨大的素数进行因数分解所得。当用公钥加密过的信息,只能使用与它配
对的私钥来解密,反之亦然,私钥加密码的信息也只能用公钥来解密。这样,A从认证
体系生成密钥对后,把它的私钥保存好,把公钥公开出去,当一个用户B要与A通信,
又想确保数据安全时,就可以使用A的公钥来加密信息,再把密文传给A,因此这个世
界是只有A手中的私钥才能对这个密文进行解密,这样就确保了信息的安全
图1:公钥加密算法原理示意图
资料来源:互联网招商证券整理
然而人们并没有完全证明破译的运算量是现有技术所无法完成的,例如,1977年,
美国给出一道数学难题,其解密需要将一个129位数分解成一个64位和一个65位素
数的乘积,以当时的计算机需要用4046年,但到1994年,只需用8个月即能解出
计算机的计算能力以指数爆炸的形式增长,目前世界上最快的超级计算机每秒可执
行12.5亿亿次浮点计算、系统有1000万个核,它在一分钟里可以完成的计算量,相当
于全球72亿人用计算器不间断地计算32年
1.2传统加密方式将被量子计算机解密
在分布式计算和量子计算机理论日趋成熟的今天,加密安全性更是受到了极大挑战
在1994年,Peter Shor就发明了一个量子算法(Shor算法),它展示了一个足够大的
量子计算机,在理论上是能够把质因数分解的时间复杂性降到多项式的时间。如果能把
解密复杂度变成多项式的时间,那么基于任何模型下的大数,都能够很轻易”地被破解
那么不需要等待多年后计算能力的进一步提高,密钥将被轻易破解,因此过去的公
钥加密在理论上已不再安全,公钥体系面临崩溃
2017年7月21日,美国斯坦福大学物理学教授张首晟及其团队在《科学》杂志上
发表了一项重大发现:在历经80年的探索之后,他们终于发现了马约拉纳费米子”
策略研究
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(Majorana fermion)的存在。1937年意大利物理学家埃托雷马约拉纳预言,自然
界中可能存在一种与其反粒子完全相同的特殊粒子,也就是马约拉纳费米子,由于其反
粒子就是本身的特殊性质,使其拥有非常理想的稳定性,对于实现稳定的量子计算具有
非同一般的重要意义
图2:华人科学家发现了马约拉纳费米子”图
资料来源:互联网招商证券整理
与传统计算机不同,量子计算机将通过量子比特(quantum bits)传输数据。量子
比特呈现为量子状态,它们能够同时既是0又是1。问题是,科学家很难找到一种能够
充当量子比特同时又不容易与附近物质互相作用——这种相互作用将破坏量子系统—
—的粒子。但马约拉纳费米子可以解决这个难题
马约拉纳费米子”的发现将大幅推进量子计算机的研发进程,传统通信加密方式
将面临最强之矛——量子计算机的挑战,而作为量子理论上不可破解之盾——量子通信
技术,已经在各个专用领域逐步推广,预计将在解密危机到来之前占领全球万亿级的通
信市场
图3:量子计算机示意图
资料来源:互联网招商证券整理
策略研究
敬请阅读末页的重要说明Page 4
二、量子通信技术——防止窃听的无懈之盾
2.1什么是量子
量子,并不是一种具体粒子,而是物理学中基本能量粒子的统称。量子的观点认为
分子、原子、电子等微观粒子都是量子的表现形态。所以世界万物可以说都是由量子构
成,如一束光中就可以包含上万亿个光量子
19世纪物理学家提出的量子概念指出,微观世界中量子是能量的最小单位,不能
再分。量子之于万物,就像像素之于数字图片。目前的量子通信,本质上仍然是光通信,
可以基于光纤传输,也可以基于自由空间的无线传输
对于光子,或者说光量子,在具有粒子性的同时也具有波动性,即光也是一种电子
波,具有特定的振动方向,在传播过程中具有偏振特性,而这个特性将被应用于本文的
量子通信
图4:光子示意图
资料来源:互联网招商证券整理
2.2什么是量子通信
量子通信是量子物理学和密码学相结合的一门新兴学科,利用量子态的物理性质为
通信双方提供绝对安全的通信方式
量子保密通信从量子力学不确定性原理和量子态不可克隆定理出发,从理论上保证
了保密性,即通信双方能够检测到窃听者的存在并采取相应的措施。这一特性是由量子
物理的基本原理所保证的,因为观察或者测量一个量子系统均会造成量子态的扰动,从
而造成可以检测的反常,提醒通信双方泄密
量子通信核心优势:无条件安全、高效和抗干扰
表1:经典通信与量子通信对比
经典通信量子通信
安全性受威胁越来越大无条件安全
抗干扰能力和传输能力中较强
传输效率高极高
资料来源:公开资料整理,招商证券
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