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1、 2021 年第 4 期 3 月 1 日【智库观察】【智库观察】全球 5G 商用发展及趋势展望 量子保密通信技术进展及应用趋势分析 美国脑机接口技术研究及应用进展 ITIF：摩尔定律被破坏：中国政策对全球半导体创新的影响【行业热点】【行业热点】肖亚庆：5G 建设全球领先“5G+工业互联网”发展迅猛 田玉龙：全球范围加强合作 共同打造芯片产业链 西门子、IBM 和 Red Hat 推出云计划 数字化将在六年内使欧盟 GDP 增长 1 万亿欧元 中国信通院被认定为世界卫生组织（WHO）数字健康合作中心 2 中国信息通信研究院 版权所有 目录目录 【智库观察】【智库观察】.4 4 全球 5G 商用发
2、展及趋势展望.4 量子保密通信技术进展及应用趋势分析.13 美国脑机接口技术研究及应用进展.28 ITIF：摩尔定律被破坏：中国政策对全球半导体创新的影响.42【行业热点】【行业热点】.4242 工信部拟注销 103 家企业跨地区增值电信业务经营许可.42 肖亚庆：5G 建设全球领先“5G+工业互联网”发展迅猛.43 田玉龙：全球范围加强合作 共同打造芯片产业链.43 中国电信 MEC 最佳实践白皮书.44 中国移动董事长杨杰：明确新发展航向.44 中国联通 5G 毫米波创新应用在 MWC 引起轰动.45 中国普天与中国电科筹划重组：普天拟无偿整体划入.45 华为车海平：聚力网络自治，加速行业
3、转型.46 中兴通讯发布MEC 智简运维白皮书.46 爱立信刘云鹤：5G 技术使能“数据”与“计算”支撑未来交通出行.47 TechUK 发布关于英国数字孪生生态系统报告.47 欧洲多数国家 5G 移动数据资费高于 4G.48 欧盟计划为 6G 研究、5G 开发提供 9 亿欧元的资金.48 FCC 代理主席就拍卖 3.45-3.55GHz 发布命令草案.49 欧盟将建立新的欧洲伙伴关系，并投资近 100 亿欧元用于绿色和数字化转型3 中国信息通信研究院 版权所有 .49 法国监管机构将对补贴手机进行环境审查.49 Verizon 新增三个城市的毫米波 5G 网络覆盖.50 Telefonica
4、 和 Orange 在西班牙获得了额外的 5G 频谱.50 IIC 白皮书确定数字化转型的创新过程.50 韩国 5G 用户数已接近 1300 万.51 Microsoft 使用新的患者监控功能更新医疗保健云.51 移动健康应用程序通过 API 泄漏敏感数据.52 西门子、IBM 和 Red Hat 推出云计划.52 数字化将在六年内使欧盟 GDP 增长 1 万亿欧元.53 高通在英国被诉违反竞争法.53 沃达丰乌克兰扩大物联网客户群.54 微软推出了三种细分“行业云”.54 英国移动网络运营商拥有强大的 5G 可靠性.54 SK Holdings C&C 和谷歌云推动数字旗舰项目.55 诺基亚
5、推出 5G 核心部署服务.55 中国信通院被认定为世界卫生组织（WHO）数字健康合作中心.56 4 中国信息通信研究院 版权所有【智库观察】【智库观察】全球全球 5G 商用发展及趋势展望商用发展及趋势展望 1 1 引言引言 2019 年，全球 5G 商用启动，正式进入 5G 时代。我国于 2019 年6 月发放 5G 商用牌照，首次实现与全球同步商用。5G 商用一年多来，在网络部署、产业发展等多方面创造了移动通信发展的新的历史记录，5G 与垂直行业融合应用创新探索持续深入，未来发展空间巨大。2 2 全球全球 5G5G 商用发展分析商用发展分析 2.12.1 全球全球 5G5G 商用快速发展商用
6、快速发展 2.1.1 5G 商用网络发展迅速 截止到 2020 年 10 月底，全球已有 54 个国家/地区的 125 家运营商提供 5G 业务。目前，全球头部移动通信运营商基本都已提供 5G 商用服务，法国、印度等少数国家受疫情、频谱拍卖推迟等因素影响，5G 商用延迟。据 Strategy Analytics 统计1，对比同期 3G 和 4G 商用发展，目前全球 5G 商用网络数量分别约为同期 4G 网络的 4 倍、3G网络的 10 倍，创造了移动通信网络快速建设部署的新记录。2.1.2 5G 用户发展开始起步（1）在用户数量方面，根据 GSMA 数据，截至 2020 年第三季度末，全球 5
7、G 用户 1.24 亿（中国 5G 用户 1.04 亿、韩国 5G 用户 871 万、美国 5G 用户 514 万、欧洲 5G 用户 311 万）。在 iPhone 12 等5 中国信息通信研究院 版权所有 新的 5G 智能手机发布终端价格快速下降等利好的推动下，未来全球5G 用户将持续增长。（2）在用户体验方面，高速移动接入、云游戏、AR/VR 媒体内容等应用给用户带来 5G 新体验，但目前用户对网络覆盖（尤其室内覆盖）不足、速度不及预期等投诉也较多，整体用户体验有待提升。（3）在套餐资费方面，目前主流运营商基本延续与 4G 时代相同策略，以不限量、达量限速套餐为主，辅以按速率分级费率。欧洲
8、部分运营商推出了完全按照速率等级来收费的模式，例如英国沃达丰、芬兰等运营商。虽然 5G 套餐的单位比特价格较 4G 降幅较大，但 5G套餐流量大，商用初期的套餐资费仍高于 4G 套餐。随着 5G 技术和应用的不断发展，未来有望探索按速率、时延、内容叠加等差异化服务的新资费模式。2.1.3 5G 行业应用持续探索 垂直行业应用是 5G 时代的全新机遇，同时也是极大的挑战。全球主要国家从其传统优势产业入手，纷纷开始探索 5G 融合应用。（1）以德国为代表的欧洲国家，处于工业 4.0 转型升级重要阶段，龙头工业企业积极利用 5G 技术探索工业应用场景，奔驰、宝马等公司已经建设用于工业生产的 5G 网
9、络。（2）韩国运营商积极投资并培育内容产业，形成 AR/VR、4K 视频、云游戏等解决方案和产品，并开始向全球输出。（3）美国运营商在工业互联网、医疗、车联网、智慧城市等领6 中国信息通信研究院 版权所有 域开展试验，而美国国防部则开展 5G 智能仓库、自动驾驶、VR/AR、军用与商用双向频谱共享等 5G 技术和应用测试。（4）德国和日本等国家向行业企业发放 5G 专用频率许可，建设行业专网。截止到 2020 年 11 月，德国已有 93 家企业申请专用频率，其中 88 家企业获得专用频率许可，并建设 5G 工业专网；日本富士通和三菱电机也开始建设 5G 专网，并开展智慧安防、远程操作和维护支
10、持等应用。2.1.4 5G 技术产业不断完善 继 2018 年 6 月发布 5G 第一版本 R15 国际标准后，3GPP 于 2020年 7 月发布 5G 第二版本 R16 国际标准，主要增强 3 方面的能力：增强网络承载能力，如多天线增强、更高频谱、免许可等；提升网络基础能力，如切片增强、自动化运营、定位、语音等；拓展垂直行业应用，特别是工业互联网、车联网等低时延、高可靠应用。目前，R17版本内容也已确定，计划 2022 年 6 月完成，将在满足网络深度商用部署需求的同时，进一步完善 5G 工业互联网等垂直行业应用。相对3G、4G 时代终端设备晚于网络设备推出的情况，5G 时代首次实现终端设
11、备基本与网络设备同步推出，极大地促进了 5G 商用进程。据 GSA统计3，截止到 2020 年 10 月底，全球已有 99 家设备商推出 492 款5G 设备，涵盖传统手机、热点以及新型行业类终端，如无人机、机器人头戴式显示器、工业级 CPE/网关、车辆 OBU 等；自 2020 年 3 月底以来，5G 设备款数基本翻了一番，商用 5G 设备款数增长了 54%。2.1.5 5G 政策持续出台 7 中国信息通信研究院 版权所有 截止到 2020 年 9 月底，全球 91 个国家/地区发布各类 5G 政策。（1）制定 5G 发展路线或时间表，统筹推动 5G 发展各项工作。（2）加快 5G 频谱规划
12、和许可，提出网络部署、网络覆盖率等相关要求，引导推动 5G 商用网络部署。发布 5G 专网频率政策，进一步促进垂直行业 5G 网络和应用探索发展。（3）推动网络基础设施建设相关政策，如减少基站建设审批时间周期、小基站部署流程简化等。（4）扶持和推动 5G 应用和产业创新发展相关政策措施。（5）保障 5G 安全相关政策措施等。2.22.2 我国我国 5G5G 商用对全球作出巨大贡献商用对全球作出巨大贡献 我国移动通信经历了 1G 空白、2G 跟随、3G 突破、4G 同步的发展过程，目前在 5G 处于引领阶段。我国 3G、4G 商用比全球晚了数年，5G 是我国首次实现全球同步商用。在当前 5G 商
13、用初期阶段，中国超大规模的 5G 网络建设和用户发展，有力推动了全球 5G 技术产业规模化发展和质量提升，促进网络和终端成本快速降低，为全球 5G 商用和用户普及作出了巨大贡献2。2.2.1 5G 网络建设和用户规模全球领先 2020 年年初，中国电信、中国移动、中国联通宣布计划投资 1800 亿，建设 55 万个基站，覆盖全国所有地级以上城市。目前，我国已建成 5G 基站超过 70 万站，占全球 5G 基站 60%以上，5G 用户达到1.04 亿，占全球 5G 用户 80%以上。中国电信和中国联通积极推进 5G网络共建共享，共建基站超过30 万站，极大地促进了资源集约利用。2.2.2 5G
14、业务应用全面探索 8 中国信息通信研究院 版权所有 在消费者业务方面，运营商推出多款 5G 套餐，进一步提升用户速率体验，探索 AR/VR 购物、文娱直播等新业务，目前中国电信 5G DoU（每用户平均月流量）为 13.2 G，约为其 4G DoU 的 1.6 倍。在垂直行业方面，工业、交通、医疗、新媒体等主要行业龙头企业 5G 应用探索活跃，“绽放杯”5G 应用大赛征集参赛项目超过 4200 个。“5G+工业互联网”领域发展尤为显著，目前全国建设“5G+工业互联网”项目超过 1100 个，在钢铁、矿业、港口等领域已经形成协同设计、辅助装配、机器视觉、远程操控、自动巡检等典型应用场景，从生产外
15、围环节不断向核心环节延伸，降本、提质、增效作用初显。新冠疫情也在一定程度上促进了 5G 应用的发展，例如医疗远程诊断、工业远程辅助、在线办公、远程教育等在抗击疫情、恢复生产中发挥了积极作用。中国 5G 业务应用全面探索也为全球 5G 应用探索创新提供了重要参考。2.2.3 加快 5G 产业成熟完善 我国 5G 商用推动了中频段产业的成熟和价格快速下降。在终端设备方面，据 Strategy Analytics 统计4，全球 5G 低频段、中频段、高频段 5G 手机款数占比分别为 15%、80%和 5%，目前 5G 手机价格已经降低到千元级别，款数越来越丰富，进一步促进用户发展和普及。在网络设备方
16、面，我国基站设备持续保持领先。据 Omdia 数据统计，截止到 2020 年第二季度，全球 5G 基站市场规模达到 180 亿美元，华为、爱立信、诺基亚、三星和中兴分别占比 41.2%、19.1%、12.6%、13.8%和 10.5%。基础软件和硬件领域取得突破，华为发布鸿蒙操作系9 中国信息通信研究院 版权所有 统，构建移动操作系统新生态；中芯国际 14 nm 制程工艺量产，正向更先进的工艺迈进。3 3 5G5G 商用面临的挑战商用面临的挑战 全球 5G 商用仍然面临网络成本、技术产业支撑、应用创新、融合应用政策等方面的挑战。3.13.1 5G5G 网络建设和运维成本有待降低网络建设和运维成
17、本有待降低 5G 频段比 4G 更高，基站覆盖更小，实现连续覆盖所需基站数量是 4G 的 2 倍以上，网络建设造价高，5G 基站能耗和电费支出约为 4G的 2 3 倍，迫切需要寻求更低成本的网络建设、运维等技术和解决方案。3.23.2 5G5G 技术产业支撑能力有待提升技术产业支撑能力有待提升 当前 R15 商用网络主要面向大带宽业务，还不能满足低时延、高可靠业务要求。支持低时延、高可靠增强的 5G R16 标准未来 1 2年才能实现商用，网络切片和边缘计算等关键技术尚未达到商用部署要求。3.33.3 5G5G 应用创新有待突破应用创新有待突破 消费者业务“杀手级”应用尚未出现，用户对 5G
18、的感知和认可度有待提升。多数垂直行业尚未形成跨界协同的合作机制和平台，尚未建立 5G 与各行业融合的技术标准、设备、解决方案、测试验证等产业生态，商业模式不成熟，面向 5G 行业应用的芯片、模组处于产业培育初期，价格高、类型少。3.43.4 融合应用相关融合应用相关政策体系有待完善政策体系有待完善 10 中国信息通信研究院 版权所有 5G 与传统行业的融合应用突破了现有政策边界，各类新业态、新模式对政策体系提出了挑战。例如，针对 5G 新媒体内容个性化、推动智能化的管理机制缺乏，5G 自动驾驶安全的责任认定不明确，5G智慧医疗服务收费标准等政策配套缺乏。4 4 5G5G 商用发展趋势展望商用发
19、展趋势展望 5G 赋能经济社会转型的新时代已经到来，展望未来，5G 发展将出现以下重要现象或趋势5。4.14.1 低频段和高频段网络部署将逐步增加低频段和高频段网络部署将逐步增加 目前，主要国家的中频段频谱资源基本都已经释放，下一轮频谱拍卖/许可将集中在低频段和高频段。低频段覆盖和穿透性能好，能以较少的基站数量实现 5G 室外覆盖和部分室内覆盖，对 5G 商用初期的运营商是非常有吸引力的选择，动态频谱共享（DSS）技术支持 5G新空口（NR）与 LTE 共享频谱，增加了更多 5G 低频段频谱选项。高频段频率资源丰富，2019 年世界无线电通信大会（WRC-19）确定了全球范围内将 24.25
20、GHz 27.5 GHz、37 GHz 43.5 GHz、66 GHz 71 GHz 频段共 14.75 GHz 带宽的频谱资源，标识用于 5G 及国际移动通信系统（IMT）的未来发展6。各国将加快 5G 高频段频谱拍卖/许可。预计未来主要国家 5G 高、中、低频段网络综合覆盖将不断完善，持续提升用户体验。4.24.2 5G5G 行业应用孕育巨大创新空间行业应用孕育巨大创新空间 5G 在工业、交通、医疗等行业的应用还处于初期的探索阶段，高清视频、沉浸体验、远程控制等典型应用场景不断落地，各方面创新11 中国信息通信研究院 版权所有 活跃，行业数字化、网络化、智能化发展空间巨大。主要国家释放 5
21、G专用频率，出现行业自建、运营商建设等多种网络建设和服务模式。亚马逊、微软、阿里巴巴等云巨头推出云化 5G 核心网，发力行业边缘云平台，与行业知识结合，有望形成强大的 PaaS 服务能力和新的商业模式。以日本乐天移动、美国 Dish Network 为代表的 5G 新进运营商，积极建设全虚拟化、云化的 5G 网络，能够以更低成本、灵活敏捷地提供 5G 业务，预期比传统网络可以节约 25%的成本。Dish 创始人表示，其 5G 网络未来 30%的资源将用于提供移动宽带服务，70%的资源用于垂直行业切片服务。当前各类创新聚合碰撞，未来有望出现颠覆性新模式、新业态，重构技术产业格局，产生 5G 时代
22、的新的独角兽企业。5 5 结束语结束语 5G 开启移动通信发展新时代，全球 5G 商用网络和用户发展迅速，行业应用探索不断深入，技术产业能力持续提升，政策环境不断完善。中国首次实现与全球商用同步，引领 5G 发展，以巨大的市场和产业带动作用，为全球 5G 商用和用户普及作出巨大贡献。未来 5G 网络和服务将不断完善，用户体验持续提升，5G 垂直行业领域有望出现颠覆性创新，赋能经济社会数字化转型。参考文献参考文献 1 Strategy Analytics.Global 5G market reviewgo to market strategyiesR,2020.2 德国联邦网络管理局.3.7 G
23、Hz 3.8 GHz 本地网络频率许12 中国信息通信研究院 版权所有 可持有人名单EB/OL.2020-11-10.https:/www.bundesnetzagentur.de/DE/Sachgebiete/Telekommunikation/Unternehmen_Institutionen/requenzen/OeffentlicheNetze/LokaleNetze/lokalenetze-node.html.3 GSA.5G ecosystem november 20205G devices global updateR,2020.4 Strategy Analytics,Chri
24、stopher Taylor.性能最好的5G 智能手机在低于 6GHz 频段及毫米波范围内使用高通的调制解调器到天线解决方案EB/OL.(2020-08-14)2020-11-10.http:/ 工业和信息化部.工业和信息化部关于推动 5G 加快发展的通知EB/OL.(2020-03-24)2020-11-10.https:/ _72744a8f6ad146b6b6336c0e25c029c6.html.6 周瑶,李毅.WRC-19 结论分析及启示J.邮电设计技术,2020(4):21-26.作者简介作者简介 龚达宁龚达宁 中国信息通信研究院政策与经济研究所战略研究部副主任，高级工程师，主要从
25、事 5G 战略与政策、宽带无线技术产业与政策研究。13 中国信息通信研究院 版权所有 王雪梅王雪梅 中国信息通信研究院数据研究中心数据分析部工程师，主要从事全球电信行业研究与咨询工作 曹曹 磊磊 中国信息通信研究院无线电研究中心无线应用与产业研究部副主任，高级工程师，主要从事无线与移动通信以及移动互联网和物联网等领域的研究和咨询工作。量子量子保密保密通信技术进展及应用趋势分析通信技术进展及应用趋势分析 1 1 引言引言 量子通信利用量子叠加态及纠缠效应，在经典通信辅助下，可以实现量子态信息传输或密钥分发，在理论协议层面具有无法被窃听的信息论安全性保证。量子通信的应用主要包括量子隐形传态（Qua
26、ntum Teleportation，QT）、量子密钥分发（Quantum Key Distribution，QKD）、量子安全直接通信（Quantum Secure Direct Communication，QSDC）、量子秘密共享（Quantum Secret Sharing，QSS）和量子密集编码（Quantum Dense Coding，QDC）等。从研究论文数量和专利申请情况进行分析，QKD 和 QT 是目前量子通信研究与应用发展的重点方向，而基于 QKD 的量子保密通信则是目前实用化的应用方向。近年来，量子密钥分发领域的科学研究持续保持活跃，应用和产业化进一步探索，应用观点和意见尚
27、未统一，成为业界关注的焦点之一。14 中国信息通信研究院 版权所有 媒体宣传对量子通信或存在一些误解和过度解读，容易引发不必要的争议，不利于凝聚共识、形成合力，对此作几点说明：第一，QKD只是量子通信的应用之一，直接将二者划等号会以偏概全，并非恰当表述；第二，量子通信的本质是实现未知量子态（Qubit）的传输，与传输确定信息（Bit）的经典通信面向不同应用场景，更不存在替代关系；第三，量子通信必须借助经典通信的辅助才能完成，如 QKD 中的协议后处理信息交互、QT 中的贝尔态联合测量结果传输等，不存在信息超光速传输的情况；第四，量子通信中的 QKD 和 QT 等应用有望为提升经典通信的安全性或
28、组网协议功能提供新型可选解决方案，但实用化和工程化等方面仍有诸多问题需要进一步探索、突破和解决。2 2 QKDQKD 科研保持活跃，取得一系列新成果科研保持活跃，取得一系列新成果 作为量子通信领域目前进入初步实用化的应用方向，QKD 技术在国内外相关科研团队的持续推动下，科学研究方向逐步聚焦，试验探索进一步深入，在新型协议系统、最远传输距离、芯片化集成和组网场景开发等方面取得一系列新成果。本文对近期 QKD 领域最新代表性科研进展进行简要综述，供业界参考。2.12.1 离散变量量子密钥分发（离散变量量子密钥分发（DVDV-QKDQKD）基于中间节点进行单光子干涉测量的新型双场量子密钥分发协议（
29、TF-QKD）能够消除测量节点的安全漏洞，并进一步提升 QKD 系统的传输能力，成为未来 QKD 技术升级演进和设备研发关注的重要方向。2020 年，中国科学技术大学和清华大学联合报道1基于改进型 TF-QKD 协议和超导纳米线单光子探测器（SNSPD）实现 509 km 距离超低15 中国信息通信研究院 版权所有 损（ULL）光纤传输，成码率约为 0.1 bit/s，成为 DV-QKD 系统传输距离的新纪录。其中，所提出的“发送不发送”改进型协议能够有效提升系统相位噪声容忍度，同时通过采用时频传输技术结合附加相位参考光传输，可以实现远距离传输条件下的单光子级精准干涉控制。将 QKD 系统收发
30、机的调制解调器件进行片上光学集成，可以提升系统集成度、可靠性和性价比，是未来 QKD 设备升级研发的重要方向。2020 年，中国科学技术大学报道2基于 1.25 GHz 工作频率，偏振编码硅光集成调制器测量设备无关量子密钥分发（MDIQKD）系统，通过使用 SNSPD 作为中间测量节点，实现 36 dB 传输信道损耗条件下的31 bit/s 密钥成码率。以卫星平台作为密钥中继、中间测量点或纠缠分发源，可以实现远距离的 QKD 直接传输或中继组网，是未来 QKD 前沿研究和应用探索的重要方向。2020 年，中国科技大学报道3基于墨子号卫星进行纠缠分发，首次实现在相隔 1120 km 的无中继地面
31、站之间的 BBM92 协议纠缠态 QKD 传输，密钥成码率可达 0.12 bit/s。如何实现 QKD 系统与光通信系统和网络的共纤传输和融合组网，是推动实际网络部署和规模化应用的重要研究方向。2020 年，英国布里斯托大学报道4基于波长选择开关和光开关矩阵实现波长级和端口级联合调度的 QKD 系统与光网络多维度组网调度的试验方案，为QKD 的网络级集成部署提供了新思路。2.22.2 连续变量量子密钥分发（连续变量量子密钥分发（CVCV-QKDQKD）CV-QKD 系统在成本和集成度方面具有潜在优势，但远距离传输16 中国信息通信研究院 版权所有 能力方面与 DV-QKD 相比有一定差距。20
32、20 年，北京邮电大学与北京大学联合报道5在实验室系统环境下，实现 202.81 km 距离 ULL 光纤传输和6.214 bit/s成码率，成为CV-QKD 系统远距离传输的新纪录。CV-QKD 本地本振方案成为实用化研究的发展趋势，但对激光器线宽和锁频稳定度提出更高要求。2020 年，西班牙 ICFO 报道6基于单激光器的即插即用式 CV-QKD 系统方案，在 13 km 传输距离实现0.88 Mbit/s 成码率。日本 NICT 报道7通过采用发送端高斯调制信号与导频信号的偏分复用，对接收端本地进行数字域 DSP 相位偏振补偿，实现 194 波信道波分复用的 CV-QKD 系统试验，25
33、 km 距离的系统整体成码率可达到 172.6 Mbit/s。CV-QKD系统硬件采用传统相干光通信器件，易于实现光学集成，能够有效提升系统集成度与性价比。新加坡南洋理工报道8基于硅光集成的芯片化 CVQKD 系统试验，在 100 km 传输距离实现成码率为0.14 kbit/s。3 3 量子保密通信应用和产业化持续探索量子保密通信应用和产业化持续探索 在 QKD 应用和产业化方面，近期国内外均布局和开展了相关网络试验验证和商用化方案探索等工作。2019 年，欧盟委员会推出 OPENQKD 项目，联合研究机构、QKD 设备商和网络运营商，建立开放测试试验床，开展技术验证和现网试验。美国 Qua
34、ntum XChange 公司发布 Phio TX 2.0 量子保密通信解决方案，集成 QKD、量子随机数发生器（QRNG）和抗量子计算破解加密算法（PQC）应用。韩国 SKT 联合瑞士 IDQ 公司，推出基于 QRNG 芯片的三星 5G 加密手机。17 中国信息通信研究院 版权所有 近年来，我国相关管理部门组织开展 QKD 系统设备现实安全性测评。国家电网组织开展量子保密通信技术实用化应用相关研究项目；国科量子网络承建国家广域量子保密通信骨干网络建设一期工程，陆续开展实验室系统联调和外场部署等工作；成都、南京、武汉等地进一步开展量子保密通信在政务信息网络的试点应用。在公司层面，科大国盾量子于
35、 2020 年 7 月登陆科创板，受到资本市场和社会舆论的关注；上海循态、北京启科、广东国腾和中创为等 QKD 系统设备市场新厂家陆续推出各具特色的商用化系统和应用解决方案；易科腾等加密应用方案提供商，在政企专网等高安全性需求领域持续开展探索。在 QKD 标准化研究方面，ITU-T 在 SG13 和 SG17 开展 18 项相关标准研究，至 2020 年 10 月已有 3 项标准获批，研究工作以中国、日本、韩国为主要推动力量，欧洲成员国参与度有所提高，同时在 FG-QIT4N 焦点组开展 QKD 网络的术语、应用场景、协议和传输技术等方面的标准化预研。ETSI 的 ISG-QKD 正持续开展
36、6 项 QKD 系统新规范或修订规范项目研究。ISO/IEC 的 QKD 系统安全性要求和测评方法标准研制进一步推进。CCSA ST7 发布我国首个量子保密通信领域的行业标准YD/T 3834.1-2020 量子密钥分发（QKD）系统技术要求 第 1 部分：基于诱骗态 BB84 协议的 QKD 系统和 YD/T 3835.1-2020量子密钥分发（QKD）系统测试方法 第 1 部分：基于诱骗态 BB84协议的 QKD 系统，后续可为业界和用户在 QKD 设备选型、应用部署和网络运维等过程中提供必要参考。4 4 QKDQKD 应用观点尚未统一，各方见仁见智应用观点尚未统一，各方见仁见智 18 中
37、国信息通信研究院 版权所有 近期，欧美多家研究机构和政府部门公开发布了关于 QKD 技术特性、应用模式、应用场景和发展前景的研究分析和观点立场，其中的认识理解观点各异，应用建议也是见仁见智。2019 年 10 月，欧盟委员会联合研究中心（JRC）发布QKD 现网部署研究报告9，梳理总结了全球各国的 QKD 现网部署情况，并对相关研究应用进展和技术指标情况进行分析。其中，QKD 技术是否能够提供具有无可争议优势的应用场景尚有待明确，当前应用的主要局限是密钥生成速率和传输距离有限，需要专用基础设施，且难以实现端到端的安全性。绝大多数已知的 QKD 现网部署为公共研究资金支持，少有私营部门的应用部署
38、。尽管 QKD 现网部署已取得明显进展，但缺乏具有明显优势和定义清晰的应用场景，技术差距仍然存在，实际应用受到限制。2019 年 12 月，美国国防部（DoD）国防科学委员会公开量子技术应用研究报告的内容摘要版10，其中列举了对量子传感、量子计算、量子通信和纠缠分发三大领域共 24 条核心观点发现，有 3 条涉及 QKD 技术。发现六：在原则上，量子密钥分发（QKD）提供自然信息理论（Shannon）密码安全性。QKD 系统不支持经过身份验证的密钥交换。发现七：QKD 的实施能力或安全性不足,无法部署用于 DoD 任务。委员会任务组同意国家安全局（NSA）对 QKD 认证的评估。发现八：应了解
39、和跟踪 QKD 在国外的开发和使用。美国国家安全局（NSA）在其官方网站上列出了关于 QKD 和量子加密应用的观点11，指出 5 条技术的局限，一是 QKD 只是部分解决方19 中国信息通信研究院 版权所有 案；二是需要专用设备；三是增加了基础架构成本和内部威胁风险；四是安全性和验证是重大挑战；五是增加了服务失效的风险。结论是：NSA 将 PQC 视为比 QKD 更具成本效益且易于维护的解决方案。NSA 不支持使用 QKD 来保护国家安全系统中的通信，除非克服了上述限制，否则不会认证或批准 QKD 安全产品。2020 年 5 月，英国国家数字安全中心（NCSC）发布量子安全技术立场白皮书12。
40、其中，QKD 协议需要与确保身份验证的加密机制一起部署，这些加密机制也必须防范量子威胁。QKD 并不是应对量子计算威胁的唯一方法，NIST 等国际标准组织正在进行 PQC 的标准化工作，这些算法不需要专用硬件，可通过身份验证共享密钥，避免中间人攻击风险。NCSC 同意加密密钥只是保护复杂系统所必须采用的许多机制之一，需要更多地研究以了解如何实现 QKD 协议并将其集成到复杂的系统中。NCSC 认可 QKD 领域目前正在进行的研究和认证工作。NCSC 不支持在任何政府或军事应用中使用 QKD，并告诫不要在关键业务网络（尤其是关键国家基础设施领域）完全依赖 QKD。NCSC 的建议是，应对量子计算
41、威胁最好的方法是 PQC。2020 年 5 月，法国国家网络安全局（ANSSI）发布 是否应将 QKD 用于安全通信技术立场报告13。报告指出，QKD 最合理的用途是与对称加密一起，在彼此足够靠近并由光纤连接的固定位置之间提供通信安全性。QKD 传输距离限制（或需要使用卫星来克服），其点对点性质以及对通道物理的依赖性，使得其大规模部署极为复杂且成本很高。QKD 对于无直连链路的两点间生成公共密钥需要依靠可信中继，20 中国信息通信研究院 版权所有 与目前端到端密钥协商方案相比，是一种倒退。多年来，密码界一直在考虑量子计算机威胁，新的量子安全非对称算法通过 NIST 组织的竞争正在标准化，来替代
42、易受量子计算影响的算法。ANSSI 建议，在需要长期安全性（10 年或更长）时尽快使用 PQC。QKD 原则上提供的安全保证带有重大部署约束，这些约束会减小所提供服务的范围，并在实践中损害 QKD 的安全保证。在点对点链接上，使用 QKD 可以被认为是对传统密码技术的补充。2020 年 5 月，美国智库哈德森（Hudson）研究所发布高管量子密码学指南：后量子世界中的安全性报告14，对 QKD 技术原理、应用场景和发展情况进行了简述。报告指出，面对量子计算的威胁，一种解决方案是 PQC，但其基于加密算法无法被量子计算破解的假设无法被证明且存在风险；另一种方案是使用量子技术提供的工具，包括QKD
43、 和 QRNG。QKD 是唯一的一种基于量子物理特性证明安全性的远距离密钥传输方法，并将成为所有高价值数据网络的安全基石。当前，美国在这一领域并不是唯一玩家，甚至不是领导者；未来，随着 QKD技术的发展和成熟，将形成包括空间网络在内的全球量子通信网络的基础。公钥加密体系是当今网络信息安全的基石。面临量子计算可能带来的公钥数学问题计算破解风险，欧美研究机构提出研究旨在面对量子计算和经典计算均能保证其加密安全性新一代公钥加密体系，即PQC。美国 NIST 牵头，于 2016 年启动全球 PQC 算法征集和评比，截止到 2020 年 7 月已完成 3 轮评选，从最初的 69 项算法提案中评选出21
44、中国信息通信研究院 版权所有 7 项公钥加密和数字签名算法入围，预计在 2023 年左右推出 PQC 算法国际标准。我国中国科学院信息工程研究所团队提出的格密码提案未入围第三轮。PQC 算法是对于已知量子计算风险威胁的一种算法层面的升级响应，但其他未知的风险与威胁仍留待未来去解决，目前评选多种算法的做法也有不把所有鸡蛋放在同一个篮子里的考虑。PQC基于现有公钥加密体系进行算法升级，对于系统架构和硬件改动较少，利于规模化推广应用，将与 QKD 形成技术解决方案的路线竞争。二者未来也可能相互融合，但发展趋势尚有待观察。2020 年 4 月，美国智库兰德（RAND）公司公布量子计算时代的安全通信报告
45、15，其中预测能够破解公钥密码体系的量子计算机可能在 2033 年前后出现，将给信息安全带来攻击性和追溯性风险，需尽快推动敏感信息业务的 PQC 升级迁移。报告同时呼吁美国政府重视量子计算带来的信息安全威胁，加快推进 PQC 标准化，在政府信息系统层面强制推行 PQC 升级，并加快其商用化应用推广。5 5 QKDQKD 在科研、工程和应用层面的探讨在科研、工程和应用层面的探讨 近年来，业界对于 QKD 和量子保密通信在科研、工程和应用等层面问题的认识和讨论进一步深入，未来各方聚焦 QKD 技术、应用和产业发展的核心问题，明确定位、凝聚共识、协同推动将有望成为趋势。对于 QKD 问题的分析，应当
46、区分科学研究、工程研发和应用探索 3 个不同层面，以利于业界各方厘清技术和应用现状，定位存在的问题和瓶颈，以及探讨未来的发展趋势。5.15.1 科研层面科研层面 22 中国信息通信研究院 版权所有 2020 年 5 月，中国科学技术大学在全球物理学领域的顶级期刊现代物理评论发表 QKD 长篇综述论文16，全面回顾了 QKD 研究历程、关键技术和重要成果，并从学术界视角回应了关于 QKD 技术的 10个疑问。文中观点也代表了 QKD 学术界的主流看法，认为当前 QKD 技术面临的质疑与问题，在技术层面都可以有解决方案，并且相关研究都在推进，未来可进一步完善和提升。对于 QKD 科研层面问题，学术
47、界多年来已有大量研究成果和文献报道，前沿研究和试验探索也在蓬勃发展，科学家指出的未来可期绝非虚言。但同时也要看到，科研层面讨论的双场（TF）和测量设备无关（MDI）等新型协议系统，量子存储和量子中继等技术方向，在短期内没有明确的商用化或实用化前景，并不能马上用于解决当前面临的工程和应用难题。一方面，产业界不能以工程和应用中存在的问题来否定 QKD 领域的科学共识和科研成果；另一方面，学术界恐也难以科研论文的发表来回应工程和应用中面临的现实问题。5.25.2 工程层面工程层面 在 QKD 设备研发和部署的工程层面，当前 QKD 和量子保密通信系统的工程化现状主要是商用 QKD 系统的现网光纤传输
48、距离百公里以内，密钥成码率约为 10 kbit/s 量级，系统设备工程化水平仍有较大提升空间。商用 QKD 网络基于可信中继节点实现 QKD 密钥存储管理，通过密钥路由和加密调度实现端到端密钥生成和提供。商用加密设备采用 QKD 密钥或中继密钥，结合国密/商密对称加密算法，实现传输信道加密，支持的加密信道业务容量可达 Gbit/s 量级。23 中国信息通信研究院 版权所有 量子保密通信系统和网络的工程化问题主要是，QKD 在协议设计层面，以牺牲信号传输的鲁棒性来换取密钥生成的安全性，这一特性对 QKD 系统性能指标和工程化水平的提升形成了制约。商用化的 QKD均采用制备-测量系统方案，发射机和
49、接收机的现实安全性需要研究和验证，目前相关测评正在组织开展。商用 QKD 系统密钥速率有限，高速率等级通信业务难以采用“一次一密”加密，量子保密通信系统难以达到信息论可证明安全性。QKD 网络可信中继节点的安全防护要求和相关标准规范目前尚未完全明确，“短板效应”降低了量子保密通信网络的整体安全性。现阶段的商用 QKD 和量子保密通信系统，其工程化水平虽已达到“可用”，但距离“好用”仍有较大提升空间。进一步突破和解决系统与网络工程实践中面临的瓶颈问题，是 QKD 和量子保密通信技术完成科学研究、试验开发、推广应用的三级跳，真正实现创新价值的必要前提和必由之路。目前，我国 QKD 和量子保密通信示
50、范应用项目和试验网络建设的数量和规模已经全球领先，下一步解决工程层面的问题更需产业公司“打铁自身硬”。此外，解决工程层面的问题，也需要量子物理、信息安全和网络通信等各领域凝聚共识，形成合力，多方共同推动。5.35.3 应用层面应用层面 在 QKD 和量子保密通信应用和产业发展层面，基于 QKD 的量子保密通信在全球开展多项试验网络建设和试点应用，我国在项目数量、网络建设和投资规模方面处于领先。包括基础研究、设备研制、网建24 中国信息通信研究院 版权所有 运维、加密应用在内的量子保密通信产业链基本形成，但产业规模和发展速度较为有限。量子保密通信的应用探索已超过 10 年，主要发展模式为公共研究