未来安全通信范式转变？欧企将开发地球静止轨道量子密钥分发系统

素数因子分解是当前非对称加密的基础，而量子计算机的出现则为素数因子分解提供了更优解，安全通信范式的转变可能由此而生。如果出现一种允许在政府通信、关键基础设施管理以及经济、环境和技术相关服务以及大型企业中以必要的安全措施发送信息的系统，或许迈向未来量子互联网的第一步，即将踏出。

2025年1月21日，Thales Alenia Space和 Redeia 的卫星服务运营商 Hispasat 宣布启动 QKD-GEO 原型的开发、制造、验证和确认流程，QKD-GEO 原型是西班牙的从地球静止轨道进行的量子密钥分发系统。QKD-GEO 任务预算为 1.035 亿欧元，是由西班牙电信和数字基础设施国务大臣发起，欧洲复苏、转型和复原计划 (PERTE Aeroespacial) 基金进行资助的研究项目。

QKD-GEO开创新兴量子通信领域分支

QKD-GEO 项目拟为期24个月，包括开发未来地球静止轨道量子密钥分发系统的各个组件，包括开发托管地球静止卫星上的量子有效载荷以及相关的地面部分。目前，世界上还没有在地球静止轨道上运行的量子密钥分发系统。

事实上，通过光通信系统进行量子密钥分发可以确认密钥是否被拦截，因为光子的量子特性、通信的完整性均可以得到持续验证。当前，技术还不允许使用基于光纤连接进行数百公里的量子通信。但是，使用卫星进行量子密钥分发能够覆盖较远距离，因为自由空间中的信号衰减较低。具体而言，36786 公里高度的地球静止轨道覆盖使得仅用一颗卫星就可以在整个大陆之间建立通信，而且这种通信是连续的且无需复杂的信号跟踪系统。

GEO-QKD 已完成初始系统设计，在此阶段，系统架构已经建立，系统的各个元素已经定义。地球静止有效载荷，包括一个带有指向机制和集成电子设备的高精度望远镜、一个量子随机数发生器、一个偏振光子信号源、一个激光信标以及一个用于生成密钥和实施通信协议的处理器。地面部分由配备望远镜的光学站组成，用于接收从太空发射的光子恢复密钥，以及一个组织和控制所有系统运行的运营中心，确保空间部分和用户交互顺利。

该项目在拉帕尔马岛和特内里费岛之间建立了140 公里的大气链路。链路测试将在符合相应设计的条件下对地面部分和量子有效载荷进行功能验证。随后，将在轨道上执行操作任务。

Thales Alenia Space将领导西班牙大型工业联盟参与项目开发，该联盟由西班牙和其他欧洲公司组成，包括法国和瑞士的泰雷兹阿莱尼亚航天公司，并有几家专门从事量子通信领域的实体参与，例如加那利群岛天体物理研究所 (IAC)、马德里理工大学和维哥大学。同时，Hispasat 负责地球静止轨道任务的设计和商业计划的制定，并在桑坦德银行、BBVA、西班牙电信和 Cellnex 等公司的支持下，与银行业和地面运营商一起分析实际用例。

西班牙希望为确保欧洲太空安全做出贡献

2019 年 6 月，欧盟委员会宣布支持欧洲量子通信基础设施 (EuroQCI)建设，该基础设施计划在未来几年内，在不同的欧盟国家部署量子通信节点。这些节点将覆盖主要城市地区，并通过卫星相互连接以确保其弹性。为此，委员会推动了安全卫星通信系统IRIS²（弹性、互联互通和安全的基础设施）与 EuroQCI 卫星连接，该系统由 Hispasat 参与开发，Thales Alenia Space 参与了初步研究。

Thales Alenia Space 首席执行官 Ismael López 表示，QKD-GEO 任务无疑是一项巨大的技术挑战，它将使西班牙工业在地球静止轨道量子通信领域处于领先地位，这是一项全球性的开创技术。Thales Alenia Space感谢 CDTI（催化剂技术企业） 和合作伙伴 Hispasat 对Thales Alenia Space领导这个雄心勃勃的项目的信任。Thales Alenia Space坚信这项技术将在未来几年彻底改变通信安全。

Hispasat 首席执行官 Miguel Ángel Panduro 表示，通过量子协议建立加密密钥将代表未来安全通信范式的转变，太空和卫星将被配置为长距离传输的理想基础设施。因此，对于 Hispasat 来说，必须将自己定位在该领域的国际水平，并与其他西班牙公司和实体一起，为欧洲成为量子技术的领导者做出贡献。

雄心壮志的EuroQCI

EuroQCI（The European Quantum Communication Infrastructure）被欧盟定义为将覆盖整个欧盟（包括其海外领土）的安全量子通信基础设施。

欧盟委员会正在与所有 27 个欧盟成员国和欧洲航天局 (ESA) 合作，设计、开发和部署 EuroQCI，它将由一个陆地部分和两个太空部分组成，陆地部分依靠光纤通信网络连接各个国家和跨境战略地点，太空部分则基于卫星。欧盟希望其成为欧盟新太空安全通信系统 IRIS² 不可或缺的一部分。

EuroQCI 将通过将基于量子系统集成到现有通信基础设施中，来保护敏感数据和关键基础设施，提供基于量子物理的额外安全层。它将加强对欧洲政府机构、数据中心、医院、能源网等的保护，成为未来几十年欧盟网络安全战略的主要支柱之一。欧盟认为该计划将有助于欧洲数字主权和工业竞争力，并有助于实现欧洲数字十年的目标，即到 2030 年在量子能力方面处于领先地位。

EuroQCI 于 2019 年启动，当时有七个成员国签署了 EuroQCI 宣言：随后所有成员国都加入了该倡议。此后，这项工作一直在委员会的监督下继续进行，地面部分由成员国实施，空间部分由 ESA（欧洲航天局）实施。

（一）地面部分

对于地面部分，委员会首先资助了两个行业联盟进行系统设计研究以定义 EuroQCI 的架构。这些研究结果为部署 EuroQCI 铺平了道路。EuroQCI 的第一个实施阶段于 2023 年 1 月在委员会数字欧洲计划的支持下开始，重点关注以下领域：

1.一系列工业项目，旨在开发和完善 EuroQCI 的关键技术构件、发展欧洲的量子通信生态系统和行业。包括，MDI 欧洲网络量子设备公司（MDI-QUEEN）开发和工业化下一代 QKD 设备和未来量子网络的关键要素、欧洲量子生态系统 (EQUO)使用尖端的欧洲技术设计、开发和测试高 TRL 级别的 QKD 系统，以便集成到电信网络中、eCAUSIS设计、开发和工业化量子密钥分发 (QKD) 系统的关键组件、Quantum Key Industrial SystemS(QKISS) 使用 CVQKD 开发用于工业加密的 QKD 系统、欧洲量子密码技术 (QUARTER) 将提高量子密码技术的成熟度（QKD 系统、光子集成组件和传统安全解决方案）以实现工业化和网络集成、欧洲电信网络安全和工业化量子密钥分配（SEQRET）。

2.项目允许成员国设计和建设国家量子通信网络，这些网络将构成地面部分的基础，测试不同的技术和协议并根据每个国家的具体需求进行调整。包括，奥地利、保加利亚、塞浦路斯、丹麦、芬兰、法国、德国、希腊、匈牙利、爱尔兰、意大利、拉脱维亚、卢森堡、马耳他、荷兰、波兰、葡萄牙、罗马尼亚、斯洛伐克、斯洛文尼亚、西班牙、瑞典。

3.协调和支持行动 PETRUS 将充当所有项目之间的纽带，促进合作并确定标准化需求。PETRUS是未来几年将在欧盟成员国推广的国家量子通信基础设施的协调和支持行动，并支持数字欧洲计划项目，这些项目将构成欧洲安全量子技术工业生态系统的基础。PETRUS 汇集了 EuroQCI 最相关研究和项目的前财团领导人，汇集了他们的经验和专业知识，并包括来自工业界和学术界量子界的顶尖专家。

这些首批数字欧洲项目将共同迈出提供运营量子密钥分发 (QKD) 服务的第一步，这是一种高度安全的加密密钥交换方式。除此之外，连接欧洲设施 (CEF) 将为开发国家网络之间跨境链接以及与 EuroQCI 空间组件互连的项目提供资金。2024 年 1 月起，欧盟委员会启动了一项为期四年的项目 (NOSTRADAMUS)，建立了一个测试和评估基础设施，该基础设施将使基于 QKD 的技术和服务能够得到评估和验证。该基础设施将逐步部署，然后转移到位于意大利伊斯普拉的委员会联合研究中心并由其托管。运营活动计划从 2026 年开始。在数字欧洲和 CEF 的资助下，国家网络的进一步发展和与空间部分的互连将由 IRIS² 空间安全通信系统资助。

（二）空间部分

对于空间部分，委员会目前正在与 ESA 合作制定第一代 EuroQCI 卫星星座的规格。这将以 ESA 和一个工业联盟开发的第一颗原型卫星 Eagle-1 为基础，预计将于 2025 年底或 2026 年初发射。未来活动将在 IRIS² 下规划和资助。

Eagle-1 卫星将成为 ESA、欧盟委员会和欧洲航天公司合作开发的首个太空量子密钥分发系统。该卫星将为使用量子密钥分发的安全网络铺平道路，量子密钥分发利用牢不可破的物理定律分发加密密钥，以便立即检测到任何窃听企图，从而确保信息安全。Eagle-1 将使用卫星系统展示欧盟内部量子密钥分发技术的可行性。为此，该系统将以 ESA 的 Scylight （SeCure and Laser communication Technology, pronounced）（ESA 实施的用于光通信、光子学和量子通信的专用元素）计划开发的关键技术为基础，旨在验证欧盟内部供应的重要组件。

参考链接

[1]https://www.thalesaleniaspace.com/en/press-releases/thales-alenia-space-and-hispasat-start-development-worlds-first-quantum-key

[2]https://thequantuminsider.com/2025/01/21/thales-alenia-space-and-hispasat-begin-development-of-quantum-key-distribution-system-from-geostationary-orbit/

[3]https://petrus-euroqci.eu/

[4]https://petrus-euroqci.eu/national-euroqci/

[5]https://petrus-euroqci.eu/industrial-qkd-projects/

[6]https://www.esa.int/Applications/Connectivity_and_Secure_Communications/Eagle-1

[7]https://petrus-euroqci.eu/industrial-qkd-projects/

[8]https://defence-industry-space.ec.europa.eu/eu-space/iris2-secure-connectivity_en

[9]https://connectivity.esa.int/artes-scylight-work-plan

[10]https://www.secrss.com/articles/75010