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重要前瞻探讨:数据存储网络如何走向量子安全?

重要前瞻探讨:数据存储网络如何走向量子安全? 科技明说
2025-10-26
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导读:#科技热点关注


全球量子计算目前正处在从实验室走向产业化应用的关键拐点,技术攻坚、应用探索与产业培育在同步快速推进。简单来说,这是一场百花齐放但尚未决出最终胜负的科技竞赛。


目前,实现通用量子计算的路线图,业界普遍认为,量子计算将经历从当前的NISQ含噪声中等规模量子时代,到 含纠错的实用量子计算,最终实现 FTQC容错量子计算机的演进。如老牌的IBM,创新的量子计算公司Quantinuum等已给出在2027-2033年间实现100-2000个逻辑量子比特的清晰规划。


于此,IBM在Quantum处理器创新上一直在投入研究。并且IBM在量子技术领域持续投入,从未松劲,可能我以为IBM想要如当初引领PC电脑潮流一样引领量子计算的未来潮流。



然而在量子计算领域的打磨,实在是短期内难以看到销售结果,更不要说利润了,这可能就是一种对领先技术情有独钟的坚持吧,这才是真正搞研发的引领性企业的专业气质。


此外,如谷歌的Willow量子芯片在量子计算领域也取得了显著的成就。在执行一项“标准基准计算”任务时,Willow仅用了不到五分钟的时间,而当今世界上最先进的超级计算机完成同样的计算需要“10的25次方”年,这一时间跨度远远超过了宇宙的年龄,凸显了Willow芯片在计算速度上的巨大优势。而Google的Willow 量子芯片已经通过105个超导量子比特运行Quantum Echoes算法,在模拟核磁共振动力学任务上实现了对经典超级计算机 13000倍的加速,标志着可验证量子优势的实现,可见量子计算在科学任务中的发展前景。



总的来说,全球量子计算领域充满了活力与竞争。量子计算领域的发展,已经进入到了一个重要的阶段。甚至有云厂商引入量子计算,并尝试对外商用。


据信通院统计,2022年前后,大批不同技术路线的通用量子计算处理器陆续开始提供云服务。截至2025年8月底,全球量子计算云平台接入的量子处理器数量已超过50台。


据悉,前不久北京首台(套)重大技术装备企业首次实现集中亮相。其中,国内首个支持1000专用量子比特的相干光量子计算云服务的发布,标志着我国专用量子计算正式迈向千比特规模化实用新阶段,量子计算领域的商业化落地迎来关键进展。

目前,国内外领域呈现多技术路线并行发展态势,政策层面支持力度持续加码。行业将加速从基础研究向工程化、商业化转型,金融建模、药物研发等领域的应用场景将逐步落地。不过,光量子与超导路线的协同发展或将成为国内技术特色。


可见,我们正处在一个技术突破与应用探索相互驱动、产业生态加速成型的关键时期。


Omdia预测,2023-2033年全球量子计算市场CAGR达37.7%,商业化进程将推动产业链价值重构。


既然量子计算领域的发展呈现出良好的局面,那么针对存储网络走向量子安全方面,将会如何发展呢?值得前瞻一下。



目前业内有分析指出,存储网络实现量子安全是应对未来量子计算攻击威胁的关键转型,涉及量子密钥分发(QKD)、后量子密码学(PQC)、量子存储技术及标准化体系等,许多方面互为的协同创新。这也是融合量子与经典密码学的发展路径。


其一,针对量子密钥分发(QKD)的应用。 

   

基于量子不可克隆定理,确保密钥分发的无条件安全性,以此抵御量子计算攻击。

 

这条发展路径在云存储上已有实践,如中国团队提出量子安全容错分布式云存储系统,结合QKD与对称加密技术,对数据全程加密,并通过纠删码技术实现分布式存储,降低存储空间需求30%以上,同时提升容错性。

    

此外,在国外,如日本用QKD保护基因组数据,意大利与奥地利企业开发量子安全云端方案等,都值得前瞻关注。


其二,针对后量子密码学(PQC)的硬件集成。

   

众所周知,传统加密算法(如RSA)易被量子计算机破解,PQC通过数学复杂性抵御攻击。

   

就此,业界出现存储设备革新的方式,如  华邦电子推出全球首款支持LMS算法的安全闪存W77Q系列,满足NIST后量子标准,提供供应链安全管理及防回滚功能,适用于工业物联网与服务器。

     

此外,如美国NSA计划2030年全面采用PQC算法(如CNSA 2.0标准)也是值得前瞻关注一下。



其三,针对量子存储网络的构建,已经有了关键突破。  

     

如在按需读取量子存储器的创新上,中国科大团队实现存储保真度99.3%的可集成固态量子存储器,通过电场调控光子读出时间,支持量子中继和分布式量子计算。

     

而针对多节点纠缠方向上,潘建伟团队利用冷原子量子存储器实现三节点纠缠,为远距离量子网络奠基,效率较传统提升10倍。


既然存储网络实现量子安全有着不同的发展路径,那么在应用实践上,目前呈现出怎样的特点呢?


这里介绍两种应用情况,一是分布式云存储的量子安全升级。传统Shamir秘密共享方案需大量存储空间,新方案融合QKD与纠删码技术,降低存储成本的同时保障容灾能力。况且数据上传至节点全程隔离加密,可以更好防止传输环节被截获。


二是前面提到的抗量子攻击的终端设备。如华邦W77Q闪存整合PQC签名验证,支持安全启动、OTA更新及供应链防篡改,通过通用准则(CC)和FIPS 140-3认证。


可见,特别是在系统优化与成本控制上,存储网络实现量子安全还是取得了一定的成果。


不过,当前比较棘手的还有两个问题,即标准化与生态构建。 


首先,中国于2025年牵头制定全球首个抗量子网络安全协议国际标准体系,包括:抗量子网络通信协议标准化差距分析与通用需求,抗量子网络通信安全协议设计准则,以及混合加密机制的框架设计。

  

该标准的发展目标是推动传统密码向后量子密码平稳迁移,应对现在存储,未来破解的数据劫持风险。


其次,在产业协同与场景落地上,可以看到一些新情况。如国盾量子等企业推动量子安全云存储从实验室走向政务、金融等高敏感领域。

  

此外如量子U盘、量子中继器等低成本方案正在探索点对点安全通信。


在面向未来发展的挑战上,我们还需要明确三个主要方向。


一是技术瓶颈。量子存储器寿命、纠缠距离限制,当前实验节点间距≤18米。


二是成本问题。QKD设备部署成本高,需通过芯片化与集成化降低门槛。


三是混合架构趋势。短期采用“QKD+PQC”混合加密,长期依赖量子网络扩展,如量子卫星链路等。



目前漂亮国也在存储网络量子安全上大作文章了。



下一步,在CNSA2.0文件要求下,存储网络相关厂商将很快推出存储网络量子安全解决方案,如Broadcom等。



但是,遗憾的是,我们国内的网络厂商,到目前也未见透露出类似针对量子安全方面的商用产品策略,值得注意一下。


当然,漂亮国的国家安全局(NSA)最初于2022年9月发布了《商业国家安全算法指南CNSA 2.0》文件。NSA重申量子密钥分发(QKD)是一种非常不切实际且不合适的量子弹性解决方案,并提醒NSA相关机构目前不应使用或研究QKD技术。然而这样的思路是否可取,有待商榷。


有一篇文章《后量子加密(PQC)为量子时代的未来保驾护航》,曾这样分析指出:从RSA和ECC加密算法迁移到后量子算法需要更新整个安全基础设施。这影响到从公钥基础设施(PKI)系统和硬件安全模块(HSM)到通信协议和硬件加密引擎的方方面面。PQC作为一项新技术,将会持续发展。加密解决方案必须支持“加密灵活性”,以适应新标准。


ML-DSA和ML-KEM获批成为新的公钥加密算法,取代RSA、Diffie-Hellman密钥交换、椭圆曲线Diffie-Hellman(ECDH)和椭圆曲线数字签名算法(ECDSA)。



需要大家注意的是,在CNSA 2.0标准的推进下,PQC后量子加密有着明确的使用日期。


1)软件/固件签名,到2025年,PQC算法必须作为默认算法和首选算法使用。


2)网络浏览器/服务器和云服务,到2026年,PQC算法必须作为默认和首选算法使用。


3)传统网络设备,到2025年,PQC算法必须作为默认和首选算法使用。


4)操作系统,到2027年,PQC 算法必须作为默认算法和首选算法使用。


目前来看,全球各国的后量子密码研发还是有所不一样。简单统计如下,仅供参考,欢迎补充。



由此综述,从现阶段来看,存储网络的量子安全演进需要三重防御。 层层加码,才能应对量子计算未来的安全挑战。


比如在传输层,用QKD保障密钥安全。

 

又比如在存储层,以PQC硬件防数据破解。

  

再比如在架构层,借量子存储器构建可信中继。  


当前,中国在技术研发如按需读取存储器,与标准制定上居引领地位。如之前中国科学技术大学郭光灿院士团队在量子存储领域首次成功实现了按需式读取的可集成固态量子存储器。这对于推动大容量量子存储和构建量子网络具有深远意义。


但是,全球协作仍是应对量子威胁的核心路径,这是不争的现实。


而针对企业用户而言,如果要前瞻考虑自身安全,需优先迁移高敏感数据,并关注混合加密方案的过渡策略。


存储网络如何走向量子安全的前瞻关注,其的目的,就是未雨绸缪。力争一步领先,再力争可能就步步领先了,科技领域的发展如此,数据存储领域的发展也历来如此。在此,阿明不接受反驳。有兴趣的话,欢迎拍砖留言讨论。


(内容转自:全球存储观察)


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