日本信息通信研究机构成功完成量子安全云系统相关试验

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2022年10月4日，日本信息通信研究机构（NICT）发布消息称，NICT、日本电气株式会社（NEC）、京都大学、庆应义塾大学，在结合了量子密码技术和秘密共享技术的量子安全云系统验证试验中，成功实现了智能制造领域内设计信息的最优化处理、高加密传输、分布式存储。

日本NICT成功完成量子安全云系统相关试验

编译：学术plus高级观察员乔

本文主要内容及关键词

1. 简介：NICT利用量子安全云系统实现下一代激光设计的最优化处理、高加密传输和分布式存储，验证量子安全云与下一代加速器联动在智能制造领域的适用性。

2. 计划：NICT将建立一种量子安全云技术，可以安全地存储需要超长期保密的数据。

内容主要整理自外文网站相关资料

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机构介绍

日本信息通信研究机构（National Institute of Information and Communications Technology；缩写：NICT），是隶属于日本总务省的国立研究开发法人,总部位于日本东京都小金井市，下设电磁波研究所、网络研究所、网络安全研究所、未来ICT研究所、量子ICT协创中心等。

日本NICT的logo

01

利用量子安全云系统实现下一代激光设计的最优化处理、高加密传输和分布式存储

量子セキュアクラウドシステムを使って次世代レーザー設計の最適化の処理・高秘匿伝送・分散保管を実現

1.1 亮点

量子安全云系统是结合了量子密码技术和秘密共享技术的云系统，能够实现数据的安全流通、存储和使用。该系统与量子计算机的结合能提高安全性，使信息无法被篡改或破译。此外，该系统还可对加密性较高的数据进行分析和处理，例如金融、制造、交通/物流、管理、化学等领域的个人信息和企业信息等。

此次验证试验是日本内阁府主导的战略创新计划（SIP）“利用光和量子的社会5.0实现技术”（管理机构：量子科学技术研究开发机构）的一部分。在此次试验中，首次把运用量子计算技术下一代加速器的下一代激光器（光子晶体激光器）的先进设计信息，使用互联网线路在远程站点之间进行安全传输。战略创新计划(SIP)是由内阁府综合科学技术创新委员会牵头、旨在打破部门限制和传统领域界限从而实现科学技术创新而创设的国家项目。下一代加速器是期望以高效率执行部分计算处理的计算机，指伊辛机、门式量子计算机等。光子晶体激光器是一种内置二维光子晶体的发光型半导体激光器。

NICT称，此次验证测试的成功，展示了量子安全云系统在通过量子计算推导最优设计参数时的适用性，这些参数是光子晶体激光器的重要设计信息，有望成为未来智能制造的核心，未来有望应用于半导体行业、汽车行业等各种制造领域。

NICT称，为了实现智能制造，也就是利用先进技术把设计和制造工序数字化，需要一个高度融合网络空间（虚拟空间）和物理空间（现实空间）的系统。此类系统是提高半导体和汽车行业等制造领域生产率的关键，但其面临着人力资源短缺和技术转让等问题，以及日益规模化和强隐蔽性的网络攻击的风险。此外，潜在的威胁也在增加，例如量子计算机技术的研发进展迅速，已能够高速破译当前的密码。在这种情况下，从经济安全保障的角度来看，需要有可以安全流通、存储和利用高价值机密信息（例如技术信息和设计信息）的本地系统，以增强日本制造业的可持续竞争力。

1.2 验证测试概述

此次，NEC 、NICT与京都大学、庆应义塾大学，基于互联网构建了一个量子安全云系统，用来开发可安全流通、存储和使用机密信息的网络空间。目前，京都大学和庆应义塾大学致力于验证量子计算技术在制造领域的适用性。双方正在合作研究光子晶体激光器的量子优化问题，该激光器有望作为未来智能加工的激光光源进行普及。京都大学提供的光子晶体激光器设计参数和性能评估程序（相当于机密信息），被传输到庆应义塾大学的下一代加速器内进行分析。此次构建的网络，使研究人员可以安全的传输数据并进行秘密共享保管。

NICT称，光子晶体激光器是日本的特有技术，可推动目前制造一线所使用激光加工机的革新，其设计参数和分析程序是必须严格保护的重要技术信息。在此次验证试验中，NEC的线路加密设备COMCIPHER-Q共安装在三个地点：NICT、京都大学和庆应义塾大学。通过使用量子密钥分发设备生成的密钥，在互联网线路上构建虚拟加密线路，可以在不同的三个地点之间安全的传输数据，而无需铺设新的专用线路。此外，此次试验在基地间传输的同时，NICT还连接到东京 QKD 网络上形成的秘密共享系统，进行了秘密共享保管。

线路加密设备(COMCIPHER-Q)，是在安防等对安全性要求较高的领域里，使用的线路加密装置（COMCIPHER（AES）系列）中追加量子密钥分发功能的定制产品。通过FPGA实现高速硬件处理的加密/解密功能，得到了低延迟和稳定的加密通信。此外，通过软件添加，还实现了量子密钥分发功能。

东京QKD网络是NICT自 2010 年以来一直在东京地区建设和运营的量子密钥分发 (QKD) 网络试验床。NICT引进NEC、东芝、NTT-NICT、学习院大学等各机构开发的QKD设备，进行QKD网络技术实用化研发，包括设备改进研发、长期运行试验、互联互通和网络运行测试等；还推动能够将QKD网络与现代安全技术相融合的新型安全应用的研发。

此次验证试验的系统配置图

NICT称，此次试验中，验证了能够在用户环境中运行，包含下一代加速器等优秀计算引擎的量子安全云系统，这一试验未来可以应用于各个制造领域，为提高日本制造业的国际竞争力做出贡献。

02

合作方分工

NICT：提供秘密共享系统

京都大学：提供用户环境、光子晶体激光器的设计参数和性能评估程序

庆应义塾大学：提供用户环境；通过下一代加速器执行结构优化，提供优化的设计参数

量子安全云系统展望图

03

结语

NICT称，将来计划如下：NEC 将加快量子密码技术面向社会应用的开发，并致力于集成量子技术的先进网络的研究；NICT将建立一种量子安全云技术，可以安全存储需要超长期加密的数据，并将继续研发安全使用数据技术；京都大学旨在将光子晶体激光器应用于智能制造和智能移动领域，并将使用量子技术、进一步提升光子晶体激光器的性能，推进社会实践；庆应义塾大学将根据本次验证测试的结果和SIP成果，着手推进研发下一代加速器的社会实践。

标签： 光子晶体 京都大学 设计参数