量子通讯卫星

探析量子保密通信在铁路调度通信中的

应用

摘要：现如今，伴随着我国社会经济的发展，我国的交通领域也得到了快速

的发展，而铁路交通作为交通领域的重要组成部分，其运行的安全性与稳定性不

仅关乎乘客的安全，同时也对我国社会经济及社会效益产生直接的影响。铁路调

度通信是铁路交通中尤为重要的系统之一，在其中应用量子保密通信技术能够进

一步提升数据信息传递的安全性与稳定性，这对于提升铁路调度通信工作质量是

十分又必要的。基于此，本文开展了对量子保密通信在铁路调度通信中的应用研

究，希望对相关人员有所启示。

关键词：铁路交通；铁路调度通信；量子通信技术；量子保密通信

引言：现如今，在铁路通信系统当中，铁路调度工作是尤为重要的工作，其

是能够为铁路运行提供指导性意见。现如今，伴随着我国科学技术的发展，量子

通信技术也得到了快速的发展，在铁路调度通信系统当中，最常用的量子技术便

是量子保密通信技术，其能够良好的保证数据信息的安全，且能够进一步提升信

息传递的效率与质量，由此可见，在铁路调度通信中应用量子保密技术是十分有

必要的。

1.

相关理论研究

1.1铁路调度通信系统

现如今，我国已经步入了信息化时代、网络化时代，在铁路交通领域中，铁

路通信系统便是信息传递的重要系统，而在铁路通信系统当中，铁路调度通信系

统是核心系统，其主要功能为调度信号，通过信号的调度提升信号传递效率及质

量，以保证信息传递效率与质量。就目前情况而言，通常情况下铁路调度通信系

统采用的均为星型环型结构，该种结构不仅能够最大程度上提升信号传递效率，

且能够提升传递范围，该结构是由多个干线调度通信网和区段调度通信组成，能

够全面的获取相关信息。在铁路调度通信系统当中，干线是最为重要的组成部分，

每一条干线上都含有该线路上列车、货运、动车等的相关信息，通过对指定干线

的调度便能够完成列车调度、货运调度、动车调度等工作，该种方式较为简便且

不易出现披露，能够最大程度上保证调度工作的效率与质量[1]。

1.2量子通信关键技术

总体而言，量子通信技术的功能主要包括两种，一种为信号信息的传递，而

另一种为信息传递的保护，量子通信的信息传递是让信号以量子的形态实现量子

隐形传递，信息传递保护主要应用的是量子密钥分发，其主要保护的是传输中信

息的安全。就目前情况而言，伴随着我国科学技术的发展，对量子通信技术的研

究越来越深入，这就使得量子通信技术在我国铁路交通领域中取得了良好的应用。

2017年，我国首次开通了量子保密通信干线——京沪干线，该条干线连接了北京、

上海、济南、合肥等众多区域，累积32个中继站点。量子通信主要是应用卫星

传感技术实现信号的传递，2017年，我国相关领域研究人员完成了“墨子号”卫

星科学试验并通过北京接入点实现天地互联，为“京沪干线”的顺利应用奠定了

坚实的基础。总的来说，我国的量子通信技术研究效果较佳，且相对成熟，现如

今，我国的量子通信领域已经达到了世界领先水平。实际上，在铁路调度通信网

络中主要应用的是量子密钥分发技术及异或中继技术。

量子密钥分发技术是量子通信中最先研发并推广的技术之一，将其应用于铁

路通信网络系统当中能够加强对数据信息的保护。在信息传递的过程中，发送信

息的用户在发送信息时将会产生一个随机的密钥，密钥将会分发给信息发送用户

和信息接收用户，信息在发送时，需要输入密钥系统才会完成信息的发送，而当

信息传递到接收用户时，接收用户便需要使用该密钥对信息信号进行解码，从而

才能够获取数据信息。在该系统中，信息的传输通道为量子信道，信息发送用户

将信息转化为单光子，每一个单光子都是一个量子比特，它使用两组共轭基下的

4个非正交的偏振态来进行编码。在量子通信系统当中，将会产生三个通道，分

别为量子信道、经典信道及业务信道。量子信道是量子信号传输的通道，即信息

转化为单光子之后由量子信道完成单光子的传输；经典信道是用户与用户之间传

输量子密钥的通道，密钥产生之后将由该信道传递给信息发送用户与信息接受用

户；业务信道是业务数据传输的通道，其利用VPN网关建立IPc隧道，各类业

务数据信息均由该信道传输，且若想业务信道实现其功能，需要在信号发送用户

与接收用户分别安装量子VPN设备，以促使信息能够顺利的发送、传递并接收[2]。

在经典信道中，是对信号进行放大处理从而完成对信号的破解并最终获取数

据信息，而实际上，由于量子通信中信号适宜单光子的形式传递的，虽然对信号

进行放大处理能够有效的获取数据信息，但放大过程中产生的噪声将会对数据信

息产生影响，进而导致数据信息的真实性与准确性无法得到保证。同时，由于信

号在传输过程中，若传输距离较远，则也很容易导致信号丢失，但实际上，铁路

通信的特性导致信号必须实现远距离传输，针对此上述问题，相关领域研究学者

利用量子通信技术研发了异或中继技术。异或中继技术是在两个相邻节点上实现

密钥的传递与协商，随后将量子信号传递给下一节点，并产生新的密钥。出密钥

外，在信号传输时还会产生密钥的明文，以进一步解决保证节点中信息的安全。

1.

量子保密通信在铁路调度通信中的应用研究

2.1骨干网应用量子保密通信

骨干网是铁路调度通信系统中最为重要的造成部分，其连接了铁路通信系统

中的全部干线，是实现对全部干线执行统一控制的关键系统。骨干网的信号传递

主要依托于量子通信系统的经典信道，骨干网通过经典信道连接各区域的区域网，

并建立了集中控制站，对区域干线的信息进行收集并集中管理。但在实际应用过

程中，为保证实际信号的传输质量，需要使用异或中继技术并保证两个节点之间

的距离不小于100km，以避免单光子信号在传出过程中存在较大的损失。

2.2铁路干线调度网应用量子保密通信

通过上文分析可知，铁路调度通信系统采用的是星型环型结构，为保证铁路

干线的量子保密通信能够得打良好的应用，需要建立备份节点，且通常情况下，

每个节点都需要含有1套业务加密设备和QKD设备。在量子信号与同步信号传输

的过程中，需要利用合波器实现与OTN系统中信号的共纤传输，密钥协商可直接

利用OSC信道进行传输，同时，量子密钥分发设备向OTN设备提供量子密钥时，

能够实现对业务信息的自动加密。

结论：综上所述，在铁路通信系统是铁路交通的重要组成部分，是保证铁路

交通能够正常、稳定运行的基础，其能够实现将数据信息转化为单光子，并促使

单光子在特定的信道内传递，以保证信息传递的可靠性。在铁路调度通信系统中，

最常用的量子通信技术为量子密钥分发技术和异或中继技术，主要应用于骨干网

和铁路干线的调度中。

参考文献：

1.

卞宇翔,俞学豪,李国春.基于量子保密通信的综合能源业务数据安全提升解

决方案[J].信息通信技术与政策,2021,47(05):80-85.

2.

贾耕涛,倪玮栋,吴佳伟.面向能源互联网的电力量子保密通信关键技术研究

及应用[J].电力信息与通信技术,2020,18(07):.