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面向5G网络的量子加密在

智慧城市中的应用

1无线网络安全分析

1.1无线网络安全现状分析

随着智慧城市的快速发展，相关的信息化技术也在不断更新迭代，5G相关产业正在快速落地，基于5G网络的智慧城市应用对安全防护技术提出了更高的要求。传统网络的数据安全机制一般采用对称加密

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基金项目：国家重点研发计划（2019YFB2103200）收稿日期：2022-03-25

技术，其在信息交互中未全面考量到无线通信的基本特性，比如在连接建立时的身份认证、传输通道的数据加密、密集网络的密钥管控等方面缺乏有效的安全管理。

1.1.1开放特性安全

相较于有线网络，无线通信运用开放性信道，便于数据交互的同时也带来了不安全的可能性，导致通信信道上的信令与内容易被窃听、被更改、被假冒。其次，终端侧与无线网络间无物理连接，设备接入随机性高，容易产生欺骗问题。虽然有线网络也存在被

窃听的隐患，但对于无线网络，黑客通过特定的无线通信设备更容易窃听，而且不容易被发现。

1.1.2数据传输安全

在无线网络中，当终端侧海量设备建立连接后，将产生大量的数据传输与交互，均存在安全隐患。数据交互涵盖2个方面，一是核心网侧信令及数据的交互，二是接入网侧信令及数据的交互。对于这2个方面的数据交互，黑客都可以开展各种类型的攻击，并从中获利。

1.1.3终端接入安全

无线网络根据业务需求接入一定数量的移动终端设备，覆盖范围较大，难以全方位地进行安全管理，存在接入侧的安全问题。如果不法分子通过移动终端设备对无线网络链路进行攻击，或者在设备上植入病毒、木马等，将对整个数据链路和业务系统造成影响。

1.1.4敏感数据安全

在无线网络中，业务系统服务众多，而一些敏感的用户隐私数据和关键业务数据在无线信道传输中

易受到黑客攻击。此外，无线网络会涉及第三方网络的开放共享，比如银政数据、政企数据等。若对第三方网络开放一定的权限，面临的安全威胁、信任问题也会更加复杂。

1.2量子必威体育官网网址通信技术在无线网络中的优势和局限

量子必威体育官网网址通信技术是在量子通信理论的基础上发展起来的，是一种利用量子叠加态和纠缠效应进行信息传递的新型通信方式，具有无法被窃听和无法被计算破解的无条件安全性保证，是保障网络信息安全的有效手段。

在无线网络中，量子通信技术结合了无线通信领域的实际需求，实现了分区分域工作、内外网分离的通信，而且量子技术不会对现有网络拓扑造成影响，可以做到无缝对接，透明加密，满足了成本、性能、可靠性等各方面的综合要求。在智慧城市的各个应用场景中，原有的安全防护措施都可与量子密钥分配技术紧密结合，进而提高业务系统的安全性，如视频会议、集群对讲、无人机巡检等的数据传输场景。图1给

出了量子必威体育官网网址通信流程示意。

第1步：量子密钥分发

量 利用信息载体（例如光子等粒子）的量子特性，以不同量子态替 量

子 代传统通信中的0和1信息，在通信双方之间进行密钥分发 子

密 单光子不可再分 不确定性原则 不可克隆定理 密

钥 钥

分 分

配 配

终 终

端 端

量 第2步：量子密钥管理

子 对实时生成的量子密钥安全存密

钥 储，按需调用

加密业务传输

量子密钥

第3步：业务加密传输

支持一次一密、一业一密、国密 加

等多种加密算法 密

业

务

传

输

图1量子必威体育官网网址通信流程示意图

1.35G网络中量子加密技术的优势

大规模的量子必威体育官网网址通信网络，会耗费大量的光纤资源，导致量子必威体育官网网址通信网络建设成本高、运维管理难度大，在一定程度上限制了量子必威体育官网网址通信网络的发展。此外，每一次的量子密钥分发都需要至少4次经典信道的信息传递，对量子加密通信的整体效率有一定的影响。

基于5G网络提供量子加密服务不仅可以节约光纤资源，还可以更好地应用到智慧城市各业务场景中，保障网络数据安全，明显提高网络建设的经济效益和社会效益。应用量子加密技术，能够防止数据被修改，大幅提升终端在5G网络中的安全水平。而且，量子加密服务器对外提供的加解密服务和密钥分发服务对原有网络架构不产生影响，应用灵活，易于扩

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展，易于部署。

1.4城市级安全共生系统

面向新一代智慧城市的建设，万物互联，安全在其中的重要性越发显著。未来，服务于智慧城市的城市级安全共生系统将突破传统“信息化系统先建后防护”的安全服务模式，打造城市安全基座及服务能力，

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