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摘要随着量子计算技术的快速发展，传统公钥密码体系面临严峻的安全挑战，量子密钥分发（QuantumKeyDistribution,QKD）作为量子保密通信的核心技术，能够提供基于物理原理的可证明安全性，已成为信息安全领域的重要发展方向。为规范QKD系统的安全性评估，国际标准化组织（ISO）与国际电工委员会（IEC）联合发布了ISO/IEC23837-1:2023标准，首次为量子密钥分发系统的安全要求、测试和评估方法建立了统一的国际规范。本标准从QKD系统的基本原理出发，系统性地定义了安全功能要求、安全机制要求、密钥管理要求以及安全等级划分等内容，为QKD产品的设计、开发、测试和认证提供了权威的技术依据。本报告对该标准的立项背景、编制历程、核心内容、技术特点及实施意义进行了全面分析，并详细介绍了主要参与编制单位的情况，旨在为国内QKD技术标准化工作及相关产业应用提供参考和借鉴。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；密码技术；量子保密通信Keywords:QuantumKeyDistribution;InformationSecurity;SecurityRequirements;TestandEvaluation;InternationalStandard;CryptographicTechnology;QuantumSecureCommunication一、引言1.1研究背景量子信息技术作为新一轮科技革命和产业变革的重要前沿领域，正在深刻改变信息安全的技术格局。其中，量子密钥分发技术利用量子力学的基本原理——海森堡不确定性原理和量子不可克隆定理，实现通信双方之间无条件安全的密钥协商，能够有效抵御计算能力无限强大的窃听者攻击。近年来，全球量子保密通信网络建设加速推进，中国已建成总里程超过7000公里的量子保密通信骨干网络，欧美多国也相继启动了量子通信基础设施建设计划。然而，量子密钥分发系统从实验室走向工程化和产业化应用，面临的首要问题便是安全性评估的标准化缺失——不同厂商生产的QKD设备在安全性能、接口协议和评估方法上缺乏统一的技术规范，严重制约了产业的规模化发展和跨域互通。1.2标准编制历程ISO/IEC23837-1:2023的编制工作由ISO/IECJTC1/SC27（信息安全、网络安全和隐私保护分技术委员会）下设的WG3（安全评估、测试和规范工作组）负责推进。该标准的立项源于国际量子通信产业对QKD安全评估标准化的迫切需求。2018年，中国国家标准化管理委员会通过全国信息安全标准化技术委员会（TC260）正式向ISO/IECJTC1/SC27提交了QKD安全要求标准化的新工作项目提案。经过多轮国际会议的充分讨论和论证，该提案于2019年获得各成员国投票通过后正式立项。此后，由中国专家担任主编和联合主编，联合来自英国、韩国、日本、德国、法国等多个国家的专家共同参与编制，历经多次工作组会议和草案修订，于2023年8月正式发布。该标准分为两个部分：第1部分（即本报告所介绍的ISO/IEC23837-1:2023）规定了QKD系统的安全要求；第2部分（ISO/IEC23837-2）则规定了QKD模块的安全测试和评估方法。两个部分相互配合，构成了一套完整的安全评估体系。二、标准概述2.1标准基本信息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》由国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）联合发布，标准状态为现行有效。该标准属于ISO/IEC27000系列信息安全标准体系框架下的专项技术标准，是对传统信息安全标准体系的重要补充和拓展。2.2标准适用范围本标准适用于各类量子密钥分发系统的规划、设计、开发、测试、运行和维护。具体适用范围包括：-QKD系统制造商：用于指导产品的安全性设计和自评估；-QKD系统集成商：用于评估和选择符合安全要求的QKD产品；-QKD系统运营方：用于系统的安全运维管理；-第三方安全评估机构：用于开展QKD系统的安全性检测与认证；-行业监管机构：用于制定QKD安全监管政策和市场准入要求。2.3规范性引用文件该标准在编制过程中，系统参考和引用了多个现有的国际标准和规范，主要包括：-ISO/IEC27000系列标准（信息安全管理系统）-ISO/IEC15408（信息技术安全评估准则，即CommonCriteria）-ISO/IEC18031（随机数生成）-ISO/IEC19790（密码模块安全要求）-ETSIGSQKD系列标准（欧洲电信标准化协会量子密钥分发标准组发布的相关标准）三、标准核心内容分析3.1安全功能要求ISO/IEC23837-1:2023从QKD系统的基本安全目标出发，系统性地规定了QKD系统应具备的安全功能要求。主要包括以下几个方面：（1）密钥生成功能要求（2）密钥管理功能要求密钥管理是QKD系统安全性的核心环节。标准详细规定了密钥的标识、存储、使用、更新和销毁等全生命周期的管理要求。特别是在密钥使用方面，要求明确密钥的用途限定机制，防止密钥被不当使用而引发安全风险。（3）认证与访问控制要求标准要求在QKD系统运行过程中，通信双方必须通过预共享密钥或公钥基础设施（PKI）等方式实现双向身份认证。同时，要求系统具备完善的访问控制机制，确保只有经过授权的用户或设备才能访问QKD系统关键资源和功能。3.2安全机制要求（1）量子信道安全机制标准对量子信道中的窃听检测机制提出了明确要求。QKD系统应能够通过量子比特误码率（QBER）的实时监测有效识别窃听行为，并在检测到异常时采取相应的安全响应措施。这一机制是QKD技术区别于传统密码技术的根本特征所在。（2）经典通信安全机制除量子信道外，标准还对QKD系统中经典通信信道的安全性提出了要求，包括认证协议的安全性、数据完整性保护机制、重放攻击防护等。经典通信信道通常承载密钥协商过程中的纠错信息和隐私放大信息，其安全性直接影响最终密钥的安全性。（3）物理安全机制标准要求QKD系统具备必要的物理安全防护措施，防止攻击者通过物理方式获取设备内部的关键安全参数或干扰设备的正常运行。物理安全要求涵盖设备的外壳防护、防侧信道攻击能力、环境适应性等方面。3.3安全等级划分ISO/IEC23837-1:2023引入了安全等级的概念，将QKD系统的安全能力划分为不同的等级。安全等级的划分依据主要包括系统采用的安全机制的完备程度、系统抵抗典型攻击的能力以及系统安全功能的实现质量等。这一分级机制为不同应用场景下的QKD系统选型和安全管理提供了灵活的技术依据。3.4攻击模型与威胁分析标准系统性地描述了QKD系统可能面临的各类攻击模型，包括但不限于：-光子数分裂（PNS）攻击-特洛伊木马攻击-波长攻击-死时间攻击-探测器控制攻击-因特网密钥交换（IKE）协议相关的中间人攻击针对每种攻击模型，标准均明确提出了相应的防护要求和应对措施，为QKD系统的安全性设计提供了系统性的指导。四、标准的技术特点与创新4.1首次建立QKD安全要求的国际统一规范ISO/IEC23837-1:2023是国际上首份专门针对QKD系统安全要求制定的ISO/IEC联合国际标准，填补了QKD安全标准化领域的国际空白。此前，QKD的安全性评估主要依赖各厂商的内部规范和学术文献中的理论分析，缺乏公认的、可操作的统一技术指标体系。4.2将量子物理安全特性与传统信息安全标准体系融合本标准在制定过程中充分考虑了QKD技术的特殊性，创造性地将量子物理层面的安全特性（如窃听检测、量子态不可克隆等）与传统信息安全标准体系的框架（如ISO/IEC27000系列的资产管理、访问控制、密码管理等）相融合，形成了一套兼具理论严谨性和工程可操作性的安全评估体系。4.3模块化安全要求的架构设计标准采用层次化、模块化的架构设计理念，将安全要求按照功能模块和实现层次进行分解，使得不同规模、不同技术路线的QKD系统均能对标本标准的各项要求。这种架构有助于保持标准的开放性和普适性，为未来QKD技术演进预留了充分的扩展空间。4.4与QKD安全测试评估方法标准的协同配套ISO/IEC23837-1作为第1部分，规定了QKD系统的安全要求，而第2部分ISO/IEC23837-2则具体规定了QKD模块的安全测试和评估方法。两部分协同配套，形成了一个从"要求定义"到"符合性验证"的完整标准化闭环，为第三方测评机构开展QKD安全认证提供了可操作的完整依据。五、主要编制单位介绍5.1国内主要参与单位——中国科学技术大学中国科学技术大学（以下简称"中国科大"）是中国量子信息科学研究的发源地和引领者，也是ISO/IEC23837-1:2023编制工作的国内核心参与单位。中国科大自20世纪90年代起便率先在国内开展量子信息领域的科学研究，在量子密钥分发、量子纠缠、量子隐形传态等方向取得了系列具有国际影响力的原创性成果。由潘建伟院士领衔的科研团队在2007年实现了国际上首个诱骗态量子密钥分发实验，2016年发射了世界首颗量子科学实验卫星"墨子号"，2017年建成了世界首条量子保密通信干线"京沪干线"。以上系列成果为中国科大参与国际QKD标准的制定奠定了坚实的科研基础。在ISO/IEC23837-1:2023的编制过程中，中国科大的专家团队承担了多项关键工作：一是主导QKD系统安全功能要求和安全机制要求的核心条款起草；二是将中国在量子保密通信工程实践中积累的安全评估经验和技术方案融入国际标准；三是协调国内优势单位形成合力，在国际标准化工作中充分表达中国在QKD安全技术领域的研究成果和实践经验。在标准编制期间，中国科大联合国内相关企事业单位组成标准推进工作组，组织开展多轮国内技术研讨和意见征集，保证了中国提案的科学性和代表性。5.2国际主要参与单位本标准在国际层面的编制工作汇聚了多个国家和国际组织的专家力量。除中国外，来自英国国家物理实验室（NPL）、韩国电子通信研究院（ETRI）、日本NICT（国立信息通信技术研究所）、德国联邦信息安全办公室（BSI）等机构的专家也深度参与了标准的编制工作。其中：-英国国家物理实验室：在量子度量与量子通信测量技术方面具有深厚的积累，主要贡献了QKD系统性能指标和安全参数的度量方法；-韩国电子通信研究院：在QKD系统商用化和测试平台建设方面具有丰富经验，主导了QKD安全测试环境的搭建规范；-日本NICT：在量子通信网络技术方面处于国际前沿，参与了QKD网络化应用中安全架构的设计和评审。六、标准实施意义与应用前景6.1对产业发展的促进作用6.2对标准化体系建设的贡献该标准的发布填补了量子信息领域国际安全标准的空白，为后续相关标准的制定奠定了重要的基础。在其引领下，ISO/IECJTC1/SC27正在推进多项量子信息安全标准的编制工作，包括QKD安全测试方法（第2部分）、量子随机数发生器安全要求等，逐步构建覆盖量子信息安全技术各领域的标准体系。6.3对国际互认与贸易的推动作为ISO/IEC联合发布的国际标准，ISO/IEC23837-1:2023将成为各国QKD产品安全性认证和检测的国际通行依据。各国采标后，QKD产品和系统将能够在国际市场上实现安全评估结果的互认，有效降低跨市场准入的技术壁垒，促进量子保密通信技术和产品的国际贸易与合作。6.4面临的挑战与展望尽管ISO/IEC23837-1:2023的发布具有里程碑意义，但QKD技术的快速演进也对标准的持续完善提出了新的挑战。一方面，测量设备无关QKD（MDI-QKD）、双场QKD（TF-QKD）等新型协议不断涌现，现有标准框架需要及时跟进和覆盖；另一方面，QKD与传统密码技术融合的混合密码体系的安全要求也亟待进一步明确。未来，随着QKD技术向更高速率、更远距离、更集成化方向发展，以及量子网络与经典网络的深度融合，国际上还需要在QKD组网安全、设备互操作安全、量子安全中继等方向持续完善标准体系，为量子保密通信技术的规模化应用提供更加坚实的技术支撑。七、结论ISO/IEC23837-1:2023作为国际首份针对量子密钥分发系统安全要求制定的ISO/IEC联合标准，是量子信息安全标准化领域的重要里程碑。该标准系统性地构建了QKD安全功能要求、安全机制要求和安全等级划分的完整框架，为QKD系统的安全评估提供了可操作的统一规范。以中国科学技术大学为代表的核心编制团队在标准制定过程中发挥了关键的引领和推动作用，充分展示了中国在量子信息技术领域的研究实力和国际影响力。该标准的实施将对QKD产品的设计开发、测试评估、运行管理和市场准入产生全面而深远的影响，有效推动量子保密通信产业的规范化、规模化发展。未来，随着QKD技术的持续创新和应用场景的不断拓展，国际社会还需要在已有基础上进一步健全量子信息安全标准体系，为构建面向量子时代的网络安全防线提供系统性的标准化支撑。参考文献[1]ISO/IEC23837-1:2023,Informationsecurity—Securityrequirements,testandevaluationmethodsforquantumkeydistribution—Part1:Requirements[S].ISO/IEC,2023.[2]ISO/IEC23837-2:2023,Informationsecurity—Securityrequirements,test