量子通信技術(shù)在電力通信方面應(yīng)用展望

陳莉佳

摘要：量子通信技術(shù)在近年來(lái)取得突破性進(jìn)展，在安全傳輸方面的特性使得其成為通信技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要研究方向，其在國(guó)內(nèi)外官方機(jī)構(gòu)的交流以及正式通信中均得到了廣泛應(yīng)用和發(fā)展。電力通信作為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要基礎(chǔ)設(shè)施保障領(lǐng)域，對(duì)于通信技術(shù)的安全性需求與日俱增，在電力通信技術(shù)基礎(chǔ)上的量子通信技術(shù)應(yīng)用研究能夠?yàn)榱孔油ㄐ偶夹g(shù)在電力通信行業(yè)的落日和規(guī)?；茝V提供思路和參考。本文在量子通信技術(shù)理論研究的基礎(chǔ)上對(duì)該技術(shù)在電力通信技術(shù)中的應(yīng)用情況進(jìn)行分析，探索實(shí)現(xiàn)量子通信技術(shù)深化應(yīng)用的有效路徑。

關(guān)鍵詞：量子通信技術(shù);電力通信;數(shù)據(jù)傳輸

引言

量子通信技術(shù)是量子力學(xué)和經(jīng)典通信的結(jié)合產(chǎn)物，其通信原理基于量子力學(xué)的物理學(xué)原理，從理論上能夠有效避開(kāi)現(xiàn)有依靠數(shù)學(xué)和計(jì)算領(lǐng)域基于密碼破譯方式的弊端?？梢岳昧孔油ㄐ偶夹g(shù)在電力通信系統(tǒng)中建立通信專網(wǎng)，支撐電力行業(yè)配電自動(dòng)化、調(diào)度自動(dòng)化、應(yīng)急通信保障、源網(wǎng)荷儲(chǔ)信息物理融合數(shù)據(jù)傳輸?shù)入娏I(yè)務(wù)，從而保障電力通信傳輸過(guò)程中的安全性。由于電力通信對(duì)數(shù)據(jù)傳輸安全性的高標(biāo)準(zhǔn)要求，使用量子通信技術(shù)可以為電網(wǎng)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)和管理等數(shù)據(jù)安全傳輸提供有效支撐，構(gòu)建一條理論上絕對(duì)安全的電力信息數(shù)據(jù)傳輸通道。

1量子通信技術(shù)

廣義的量子通信是指把量子態(tài)從一個(gè)地方傳送到另一個(gè)地方，它包括量子隱形傳態(tài)、量子密集編碼、量子密鑰分配。而狹義的量子通信則是指量子密鑰分配或基于量子密鑰分配的通信方式。量子密鑰分配是密碼學(xué)與量子力學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物，它并不傳輸密文，而只是負(fù)責(zé)產(chǎn)生和分發(fā)加密通信所需要的密鑰。從量子物理角度來(lái)說(shuō)，通信雙方通過(guò)以光信號(hào)的形式進(jìn)行“一次一密”通信，保證了通信雙方傳輸?shù)男畔⒉粫?huì)被第三方惡意竊聽(tīng)或者盜取篡改。

2量子通信技術(shù)在電力通信方面的應(yīng)用

2.1量子通信技術(shù)在異地備份數(shù)據(jù)加密傳輸方面的應(yīng)用

隨著電網(wǎng)企業(yè)對(duì)安全生產(chǎn)和應(yīng)急事件處置愈加重視，使得建設(shè)重大災(zāi)難事件的預(yù)防和災(zāi)備體系也成為當(dāng)下電力企業(yè)需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容?；诖耍恍╇娋W(wǎng)企業(yè)相繼建立了異地?cái)?shù)據(jù)容災(zāi)中心，來(lái)實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理數(shù)據(jù)的有效、及時(shí)存儲(chǔ)和調(diào)取。而在這種數(shù)據(jù)容災(zāi)中心的建設(shè)和功能發(fā)揮過(guò)程中，量子通信技術(shù)的應(yīng)用可以在很大程度上保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和安全性，真正確保電力數(shù)據(jù)保密傳輸工作的開(kāi)展。從某種意義上說(shuō)，量子技術(shù)在通信方面的保密性和安全性與傳統(tǒng)的基于復(fù)雜的算法的安全性存在本質(zhì)的區(qū)別，主要是由于其自身的特殊屬性而形成的天然特征和優(yōu)勢(shì)，這也為電力通信技術(shù)研究和實(shí)現(xiàn)以及異地備份數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的安全保障提供了支撐。借助量子密鑰分發(fā)鏈路，可以實(shí)現(xiàn)主數(shù)據(jù)中心和備數(shù)據(jù)中心之間密鑰的合理分發(fā)和交換，從而搭建高效、安全的異地?cái)?shù)據(jù)備份傳輸通道。

2.2提升電力企業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信的安全層級(jí)

信息技術(shù)的快速發(fā)展雖然為電力行業(yè)的發(fā)展提供了重要的技術(shù)支撐，企業(yè)也逐漸采用信息化的管理手段來(lái)管理日常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，但是計(jì)算機(jī)病毒和零日漏洞的長(zhǎng)期存在卻嚴(yán)重威脅著電網(wǎng)企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的安全。2017年上半年出現(xiàn)的勒索病毒使一些企業(yè)的信息系統(tǒng)遭受攻擊，企業(yè)的正常辦公經(jīng)營(yíng)受到了嚴(yán)重威脅。在這樣的情況下，如何保障電力企業(yè)海量信息的安全就成為一件亟待面對(duì)和處理的問(wèn)題。一旦電網(wǎng)企業(yè)的調(diào)度信息系統(tǒng)遭受攻擊，可能會(huì)引起整個(gè)電力系統(tǒng)的癱瘓，影響國(guó)家和社會(huì)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。量子通信技術(shù)在通信距離和多用戶量子通信技術(shù)方面的突破為電力企業(yè)和電網(wǎng)數(shù)據(jù)安全傳輸提供了重要的保護(hù)，利用量子通信技術(shù)，電力企業(yè)可以構(gòu)建基于量子通信的信息系統(tǒng)傳輸和保障通道，工控機(jī)以及變電站一次設(shè)備可以在電力專網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)量子密鑰的加密通信，有效遏制并阻止病毒或漏洞對(duì)電力系統(tǒng)造成的潛在威脅，有效保障電力行業(yè)各項(xiàng)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)工作的正常進(jìn)行。

2.3搭建加密量子交換網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

除了常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸途徑以外，一些重要的信息也會(huì)通過(guò)電話的方式來(lái)傳輸，尤其是一些生產(chǎn)指令的上傳下達(dá)，這也使得保障電力調(diào)度電話通信技術(shù)的安全性成為一項(xiàng)重要的工作。量子交換機(jī)對(duì)傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的控制以及對(duì)量子交換網(wǎng)絡(luò)的控制能夠?yàn)殡娏ζ髽I(yè)構(gòu)建高安全性的量子交換網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，發(fā)揮其在防止信息竊聽(tīng)等方面的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)我國(guó)量子交換機(jī)的研究為這種加密量子交換網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)提供了重要的技術(shù)支撐。例如，閻毅基于量子通信系統(tǒng)的相關(guān)理論與實(shí)踐，提出了一種基于光開(kāi)關(guān)的量子交換器，這種交換器主要由交換模塊、控制模塊和輸入輸出模塊組成，通過(guò)在量子通信網(wǎng)絡(luò)的信源與信宿之間建立光子鏈路，來(lái)為通信雙方提供量子信道，同時(shí)通過(guò)搭建量子交換平臺(tái)，用微弱的光源來(lái)對(duì)該平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試，從而為量子通信網(wǎng)絡(luò)提供了一些可以使用的節(jié)點(diǎn)。這種基于量子交換網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的技術(shù)在某種程度上打破了電力企業(yè)通信方面的限制，為企業(yè)信息的安全、靈活傳輸提供了可能。

3量子通信技術(shù)在電力通信中的應(yīng)用前景

3.1構(gòu)建量子加密異地備份數(shù)據(jù)傳輸鏈路

隨著社會(huì)不斷的發(fā)展，我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電力企業(yè)由傳統(tǒng)的發(fā)展模式轉(zhuǎn)變成全新的信息化發(fā)展模式，但是在實(shí)際發(fā)展過(guò)程中常常會(huì)面臨著一些安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，這對(duì)電力企業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)造成了很大的影響。直到量子通信技術(shù)的出現(xiàn)才有效的改變了這一現(xiàn)狀，保證了電力系統(tǒng)在使用過(guò)程中的安全性，從而促進(jìn)我國(guó)電力企業(yè)快速發(fā)展?，F(xiàn)階段，國(guó)網(wǎng)省公司已經(jīng)開(kāi)展了全新的調(diào)度系統(tǒng)和信息容災(zāi)體系的建設(shè)，并相繼形成了全新的數(shù)據(jù)易災(zāi)中心，能夠保證電力數(shù)據(jù)信息在傳輸過(guò)程中具有較高的準(zhǔn)確性和安全性。

3.2構(gòu)建核心加密通信網(wǎng)

電力企業(yè)在發(fā)展過(guò)程中，電腦的數(shù)據(jù)信息常常會(huì)被一些黑客、病毒攻擊，從而導(dǎo)致整個(gè)用電行業(yè)的癱瘓，造成社會(huì)大面積的混亂。傳統(tǒng)的防火墻和信息過(guò)濾技術(shù)已經(jīng)跟不上社會(huì)發(fā)展的腳步，不能解決一些黑客、病毒等問(wèn)題。通過(guò)量子通信技術(shù)建立對(duì)應(yīng)的加密通信網(wǎng)，并在網(wǎng)絡(luò)上任意兩個(gè)用戶之間實(shí)現(xiàn)量子通信技術(shù)的加密通信網(wǎng)，可以保障電力企業(yè)的營(yíng)銷、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)辦公等業(yè)務(wù)的安全。

3.3構(gòu)建點(diǎn)對(duì)點(diǎn)量子加密保護(hù)通道

對(duì)于電力通信方面的保護(hù)工作，需要采用光纖、復(fù)用2M的通道方式進(jìn)行，傳統(tǒng)上認(rèn)為這樣可以保證數(shù)據(jù)信息在傳遞過(guò)程中的實(shí)效性，但是從其他角度來(lái)說(shuō)，此種方式依然不能保證數(shù)據(jù)傳輸具有較高的安全性。隨著通信技術(shù)不斷地發(fā)展，量子通信技術(shù)也發(fā)生了巨大的改變，一些兩點(diǎn)之間的量子通信技術(shù)慢慢的走向成熟化，通信距離也在逐漸擴(kuò)大，通過(guò)為光量子進(jìn)行傳輸保護(hù)，可以構(gòu)建點(diǎn)對(duì)點(diǎn)量子通信保護(hù)通道，降低并消除誤碼影響，從而提高傳統(tǒng)數(shù)字通信和光通信技術(shù)的傳輸距離，保障電力通信相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)母咝院桶踩浴?/p>

3.4應(yīng)急量子通信

如果發(fā)生自然災(zāi)害，電力設(shè)備受到損害時(shí)，電力通信網(wǎng)絡(luò)也可能進(jìn)入癱瘓階段，如果搶修運(yùn)維工作人員不能及時(shí)進(jìn)行恢復(fù)保障處置，可能會(huì)造成大面積的電力系統(tǒng)故障?，F(xiàn)階段，量子隱形傳態(tài)技術(shù)已經(jīng)得到了快速發(fā)展，并在各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。利用該技術(shù)還可以有效的建立一項(xiàng)全新的量子衛(wèi)星通信系統(tǒng)，保證電力通信方面的使用安全。

4結(jié)束語(yǔ)

電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)及其信息安全問(wèn)題關(guān)系著電力企業(yè)的安全生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)效益。目前，量子通信技術(shù)仍處于不斷發(fā)展完善的階段，尚不具備大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的技術(shù)條件。電力系統(tǒng)通信與量子通信技術(shù)的融合也還有很長(zhǎng)的道路要走，比如量子密鑰生成及獲取方式、相關(guān)通信接口標(biāo)準(zhǔn)等。但是隨著黑客攻擊手段的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)通信所面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)越來(lái)越多、越來(lái)越大、越來(lái)越難以預(yù)防。作為理論上絕對(duì)安全的通信方式，量子通信技術(shù)在電力系統(tǒng)通信中的應(yīng)用前景值得期待。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳華，王向斌，潘建偉.量子通信現(xiàn)狀與展望[J].中國(guó)科學(xué)：信息科學(xué)，2014，44（3）：296-311.

[2]劉剛.量子保密通信系統(tǒng)及組網(wǎng)技術(shù)研究[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2012

[3]蘇曉琴，郭光燦.兩種典型的量子通信技術(shù)[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，30（1）：30-39.