ISOIEC 23837-12023 信息安全量子密钥分发的安全要求、测试和评估方法第1部分要求标准立项发展报告

信息安全量子密钥分发的安全要求、测试和评估方法第1部分：要求标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:InformationSecurity—SecurityRequirements,TestandEvaluationMethodsforQuantumKeyDistribution—Part1:Requirements摘要量子密钥分发（QuantumKeyDistribution,QKD）作为信息安全领域的前沿技术，利用量子力学基本原理为通信双方提供可证明安全的密钥协商手段，是未来量子通信网络和抗量子计算安全体系的核心基础设施之一。随着QKD技术从实验室走向工程化应用，其安全性评估缺乏统一国际标准的矛盾日益突出。在此背景下，国际标准化组织（ISO）与国际电工委员会（IEC）联合发布ISO/IEC23837-1:2023《信息安全量子密钥分发的安全要求、测试和评估方法第1部分：要求》，首次从系统层面为QKD设备的安全功能、安全要求和评估方法建立了国际统一基准。本报告系统梳理该标准的编制背景、核心内容与技术框架，详细分析其安全架构、功能要求、安全保障等级划分及测试评估方法，并重点介绍标准制定参与单位在标准研制过程中的技术贡献。报告认为，该标准的发布填补了QKD安全性评估国际标准的空白，对促进全球量子通信产业健康有序发展、推动我国量子信息安全标准体系建设具有重要的参考价值和指导意义。关键词：量子密钥分发；信息安全；安全要求；测试评估；国际标准；ISO/IEC23837Keywords:QuantumKeyDistribution;InformationSecurity;SecurityRequirements;TestandEvaluation;InternationalStandard;ISO/IEC23837一、引言1.1研究背景量子信息技术是当今世界科技竞争的战略制高点之一。其中，量子密钥分发技术基于量子力学中的海森堡不确定性原理和量子不可克隆定理，能够使通信双方在公开信道上安全地共享密钥。与经典密码体制不同，QKD的安全性不依赖于计算复杂性假设，而是由物理定律所保证，因此被认为是抵御未来量子计算攻击的关键技术手段。近年来，QKD技术发展迅速。从最初的点对点光纤QKD系统，到当前基于可信中继的城域量子通信网络、星地一体化量子通信链路，QKD已逐步从实验室原理验证走向工程化应用。中国、欧盟、美国、日本、韩国等国家和地区均投入大量资源推进量子通信基础设施建设。然而，QKD技术的产业化应用面临一个重要瓶颈——缺乏统一的安全评估标准和合规性测试方法。不同厂商的QKD设备在安全机制、协议实现、物理层设计等方面存在显著差异，用户难以对其安全性进行客观比较和评估，监管部门亦缺乏有效的技术依据。1.2标准编制背景为回应上述产业需求，ISO/IECJTC1（信息技术标准化联合技术委员会）下属SC27（信息安全、网络安全与隐私保护分技术委员会）启动了QKD安全标准化工作。经过多年论证与研制，ISO/IEC23837-1:2023于2023年8月29日正式发布。该标准的出台标志着QKD安全评估正式进入国际标准化轨道，是量子信息领域国际安全标准体系建设的重要里程碑。1.3报告目的本报告旨在对ISO/IEC23837-1:2023标准进行全面的立项发展分析，涵盖标准编制背景、核心技术内容、测试评估框架、主要参与单位等方面，为该标准在中国的落地实施和后续标准研制提供参考。二、标准概述2.1标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|ISO/IEC23837-1:2023||标准名称|信息安全量子密钥分发的安全要求、测试和评估方法第1部分：要求||英文名称|Informationsecurity—Securityrequirements,testandevaluationmethodsforquantumkeydistribution—Part1:Requirements||标准状态|现行||发布机构|国际标准化组织（ISO）/国际电工委员会（IEC）||发布日期|2023年8月29日||国别|国际组织||语种|英语|2.2标准定位ISO/IEC23837-1:2023是ISO/IEC23837系列标准的第1部分（Part1），主要聚焦于QKD模块的安全要求。该系列标准的第2部分（Part2）则聚焦于安全要求的测试和评估方法。两部分标准相互配合，共同构成完整的QKD安全评估框架。其中，Part1提供“要求什么”，Part2解决“如何评估”，二者互为支撑、缺一不可。该标准在QKD标准体系中处于核心安全基准的位置，向上承接ISO/IEC15408（通用评估准则，即CommonCriteria,CC）等通用信息安全评估标准的基本框架，向下对接QKD设备的具体技术实现和部署场景，是连接通用信息安全标准与QKD专用技术标准之间的桥梁。其适用对象包括QKD设备制造商、安全评估机构、系统集成商、最终用户及监管机构等。三、标准核心内容分析3.1标准框架与结构ISO/IEC23837-1:2023在体系架构上充分借鉴了ISO/IEC15408（CommonCriteria）的安全评估思路，构建了一套适应QKD技术特征的系统化安全评估框架。标准的主体结构包括以下关键部分：-范围与规范性引用：明确标准适用的QKD系统边界、参考的关联标准（如ISO/IEC15408、ISO/IEC19790等），以及对不适用范围（如连续变量QKD系统）的说明；-术语与定义：统一QKD领域的关键术语，包括QKD模块、QKD协议、安全密钥率、隐私放大、信息协调、认证信道等核心概念；-QKD系统描述：界定QKD系统架构及其组成部分（发送单元、接收单元、量子信道、经典认证信道等），确立安全分析的对象边界；-安全环境定义：明确资产的界定、威胁分析、组织安全策略及假设条件，为安全要求的推导奠定基础；-安全目的声明：从资产保护和威胁对抗两个维度，明确QKD模块需要达成的安全目标；-安全要求定义：将安全目的细化为可验证的安全功能要求（SFR）和安全保障要求（SAR）。3.2安全功能要求标准的核心贡献在于系统性地定义了QKD模块的安全功能要求。这些要求可归纳为以下关键类别：（一）QKD协议安全要求QKD协议是QKD系统的核心安全组件。标准要求QKD模块必须明确规定所使用的QKD协议（如BB84协议、测量设备无关QKD协议等），并对协议的实现提出安全要求，包括但不限于：量子态制备的准确性、测量基选择的随机性、基比对过程的正确性、误码率评估的可靠性等。对于诱骗态方法、隐私放大、信息协调等后处理环节，标准同样提出了明确的正确性与安全性要求。（二）密钥管理与输出安全要求QKD模块产生的密钥是其核心安全资产。标准要求密钥的生成、缓存、输出和销毁全过程均须满足严格的安全要求，包括但不限于：密钥输出接口的访问控制机制、密钥缓冲区的安全存储、密钥在使用完毕后的安全删除、密钥与其他数据的隔离存放等。同时，QKD模块应提供密钥质量检测机制，确保最终输出的密钥具有足够的随机性和熵含量。（三）侧信道防护要求QKD设备的物理实现可能引入侧信道信息泄露风险。标准要求QKD模块应对电磁辐射、功耗分析、时序分析、光辐射等潜在侧信道进行充分的防护，或在安全目标中明确声明可接受的侧信道泄露水平。特别是对于量子光信号的强度、相位、偏振等参数的调制过程，标准要求采取相应的掩蔽措施以防止信息泄露。（四）审计与日志安全要求标准要求QKD模块须具备完善的审计日志功能，能够记录与安全相关的事件，包括但不限于：系统启动与关闭、密钥生成过程参数、异常事件、管理员操作行为等。审计日志本身应受完整性保护，防止被未授权篡改或删除。（五）安全管理与更新要求QKD模块应提供安全管理功能，支持安全参数的配置、管理员身份认证与权限管理、安全策略的更新等。对于软件和固件的安全更新，标准要求必须采用可信更新机制，防止恶意代码注入。3.3安全保障要求安全保障要求（SAR）关注的是“对安全功能要求的信任程度如何建立和维持”。ISO/IEC23837-1:2023规定了QKD模块在开发、测试、交付和运维等各阶段应遵循的安全保障要求，具体包括：-开发安全保障：要求开发过程遵循规范化的安全开发生命周期，设计文档、源代码、安全架构描述等材料须达到规定详尽程度；-测试安全保障：要求覆盖功能测试、边界条件测试、异常输入测试等，确保安全功能在实际运行中的正确性和鲁棒性；-交付与运维安全保障：要求建立安全的交付流程和运维规程，防止在部署和使用过程中引入安全漏洞。3.4安全性评估方法ISO/IEC23837-1:2023定义了一套系统化的安全性评估方法，评估流程涵盖以下核心环节：（一）资产识别与威胁建模评估者首先协助开发者明确QKD模块需要保护的关键资产，包括最终密钥、中间密钥材料、量子态参数、认证密钥、配置数据等。在此基础上，运用威胁建模方法（如STRIDE方法或攻击树分析）系统性地识别潜在威胁源和攻击路径。（二）安全要求符合性评估评估者根据标准规定的安全功能要求逐项核查目标QKD模块的符合性。通过审查设计文档、源代码分析、配置检查等手段，判定目标产品是否满足每一安全功能要求。（三）渗透测试与漏洞分析在严格受控的测试环境中，评估者模拟攻击者的行为对QKD模块实施渗透测试。测试内容包括但不限于：协议实现漏洞利用、输入数据注入攻击、边界条件突破、侧信道信息采集等。该环节重点关注标准的第2部分（ISO/IEC23837-2）所规定的具体测试方法。（四）协议安全性形式化分析对于QKD协议实现，评估者可采用形式化分析方法（如使用事件博弈模型或符号模型）验证协议的安全性质，包括正确性、保密性和认证性。当前，与QKD安全证明相关的国际标准尚在研制中（如ISO/IEC23837-3），本部分主要依赖通用安全评估框架进行合规性判断。3.5安全保障等级划分借鉴ISO/IEC15408中评估保障等级（EAL）的分级理念，ISO/IEC23837-1:2023同样引入了安全保障等级的概念。QKD模块的安全保障等级从低到高依次递进，越高等级要求越严格的安全性分析和测试强度。具体等级的划分依据包括安全功能的复杂度、攻击潜力（AttackPotential）的评估结果、测试覆盖的深度与广度等因素。这一定级机制为不同安全场景下QKD设备的选型和部署提供了灵活而严谨的决策依据。四、主要参与单位介绍4.1标准制定组织背景ISO/IEC23837-1:2023由国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）下属的第一联合技术委员会（JTC1）第27分技术委员会（SC27）负责制定。SC27是信息安全、网络安全与隐私保护领域最权威的国际标准化组织，其工作范围涵盖信息安全管理系统、密码学与安全机制、安全评估与测试、安全服务与应用程序、隐私保护技术等多个方向。SC27下设有多个工作组（WorkingGroup），其中与QKD标准直接相关的为WG3（安全评估、测试与规范）和WG2（密码学与安全机制）。ISO/IEC23837系列标准主要由WG3牵头推进，同时与WG2紧密协作。标准制定过程中，来自中国、德国、美国、日本、韩国、法国、英国等国的专家深度参与，经过多轮工作组会议讨论、草案审议、意见征集和投票表决，历时多年才最终达成共识并正式发布。4.2重点参与单位——中国电子技术标准化研究院在ISO/IEC23837-1:2023的制定过程中，中国电子技术标准化研究院（CESI，以下简称“电子标准院”）作为中国在SC27的归口单位和中方核心支撑机构，发挥了不可替代的作用。中国电子技术标准化研究院创建于1963年，是工业和信息化部直属的事业单位，也是国家从事电子信息技术领域标准化工作的核心科研机构。电子标准院长期承担全国信息安全标准化技术委员会（TC260）秘书处工作，同时也是ISO/IECJTC1/SC27的国内技术对口单位，负责组织中国专家参与信息安全领域的国际标准化活动。在ISO/IEC23837系列标准的研制过程中，电子标准院主要承担了以下核心工作：（一）国际标准提案与推动电子标准院最早组织国内QKD领域产学研用单位开展国际标准提案研究，系统梳理了各国QKD安全标准化现状，明确了国际标准制定的可行性路径。2018年前后，在电子标准院的组织协调下，中国正式向SC27提交了QKD安全评估标准的国际标准提案（NWI），为ISO/IEC23837系列标准的立项奠定了关键基础。（二）核心技术贡献在标准文本编制阶段，电子标准院联合国内QKD领域优势单位（包括国科量子通信网络有限公司、中国科学技术大学、科大国盾量子技术股份有限公司等），围绕QKD模块的安全架构、安全功能要求分类、安全保障等级划分等核心技术内容开展系统研究和试验验证。中国专家团队依托在QKD技术研发和工程应用方面的丰富实践经验，为标准中QKD安全功能要求条款的编写提供了大量技术输入，特别是在量子态制备和测量安全、密钥后处理安全、设备物理安全防护等方面提出了具有中国特色和产业实践经验的建设性意见。（三）试验验证与试点应用为验证标准条款的合理性和可操作性，电子标准院组织国内相关检测机构和QKD设备厂商，依据标准草案开展了多轮试验验证工作。通过对多种类型的QKD产品进行试评估，积累了大量的实测数据和评估经验，为标准技术内容的修改完善提供了重要的实证依据。（四）国内标准化协调与宣贯在国内层面，电子标准院积极推动QKD安全评估标准体系的构建。在TC260的框架下，组织制定了一系列与QKD安全评估相关的国家标准和行业标准，实现了国际标准与国内标准的有效衔接。同时，通过举办标准宣贯会、技术研讨会、专题培训等多种形式，面向产业界广泛推广ISO/IEC23837-1:2023标准内容，促进了国内QKD设备制造商和测评机构对国际标准的理解和应用。五、标准的意义与应用前景5.1对全球量子通信产业的推动意义ISO/IEC23837-1:2023的发布对全球量子通信产业发展具有深远影响。首先，该标准为QKD设备的安全性和合规性提供了统一标尺，有助于消除不同厂商产品之间的安全性能比较壁垒，促进公平竞争。其次，标准为行业用户和政府采购方提供了权威的技术依据，降低了选型和招标的难度。再次，标准为第三方检测评估机构开展QKD安全测评服务提供了方法论支撑，有利于培育独立的QKD安全评估市场。5.2对量子通信网络建设的技术支撑随着量子通信网络从城域网向广域网、从地面向星地一体化方向发展，网络规模不断扩大，节点类型日趋多样。在此背景下，各节点的QKD设备安全性成为整个网络安全的基础保障。ISO/IEC23837-1:2023所确立的安全评估框架，为量子通信网络的建设方和运营方提供了一个系统化的安全风险管理工具，有助于从源头保障量子通信网络的安全性。5.3对我国量子信息安全标准化工作的启示对于我国而言，ISO/IEC23837-1:2023的发布既是机遇也是挑战。一方面，我国在QKD技术研究和应用方面处于国际领先地位，拥有丰富的工程实践经验和众多的自主知识产权成果；另一方面，QKD安全评估的国际标准话语权目前仍主要掌握在欧美等发达国家手中。我国应加快推进以下工作：一是加速ISO/IEC23837-1:2023的国内转化，同步完善配套测试标准和检测能力建设；二是加强QKD安全检测评估技术和工具的自主研发，建立健全QKD安全测评体系；三是积极推动我国优势技术和实践成果上升为国际标准，提升在国际标准化事务中的话语权和影响力。六、结论与展望ISO/IEC23837-1:2023作为全球首个针对QKD安全要求的国际标准，具有开创性和里程碑式的重要意义。该标准构建了涵盖安全功能要求、安全保障要求、安全评估方法在内的系统化QKD安全评估框架，首次在国际层面为QKD产品的安全性评估提供了统一的技术基准。从技术层面看，该标准的发布弥补了QKD安全评估标准化领域的空白，为QKD技术的规范化发展奠定了坚实基础。从产业层面看，该标准为QKD设备的研发、生产和采购提供了权威指引，有助于推动QKD技术从实验研究向规模化商用转化。从标准体系层面看，该标准是ISO/IEC23837系列标准的核心组成部分，与QKD协议安全证明标准（Part3）等后续标准共同构成完整的QKD安全标准簇。展望未来，随着量