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    HEQA Security

    HEQA Security — 從底層管線做起：為何「QKD 優先」是邁向量子安全最務實、更安全的銜接路徑

    HEQA Security — 從底層管線做起：為何「QKD 優先」是邁向量子安全最務實、更安全的銜接路徑

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    如果一次例行軟體更新就能讓全球的機場、銀行、廣播公司和醫院出現藍屏死機，那麼我們這項號稱「量子安全」的計畫為何還要一次性進行更多軟體手術？其實有更穩健的辦法：從光纖入手，而不是逐一終端操作。

    執行摘要

    目前的主流做法是：清點所有加密數據，將所有數據升級到 PQC，然後（也許）稍後在少數「特定」鏈路上部署 QKD。這種做法出發點是好的，但成本高昂、速度緩慢、容易出現整合漏洞，而且無法立即加強攻擊者最覬覦的地方：大型資料中心間管道。1

    PQC至關重要，NIST 的2024標準（FIPS 203-205）是一個里程碑。但PQC遷移並非簡單的「純軟體」切換；它會對硬體/韌體造成壓力，增加握手包的大小，並且已經在實際應用中導致中間件故障。

    QKD 增加了 PQC 無法實現的一層：實體可驗證的金鑰交付。它以帶外方式運行，在變更期間降低正常運行時間風險，並立即強化您最寶貴鏈路（資料中心↔資料中心、資料中心↔雲端、總部↔資料中心、骨幹網路）上的資料傳輸安全。您可以先在小範圍內部署 QKD，然後逐步將 PQC 推廣到整個網路。

    目前，世界各地都在試點和部署 QKD （歐盟測試平台和營運商試驗；美國能源部支持的示範計畫；日本、新加坡、韓國的國家級計畫；中國的大規模網路）。安全機構之間仍然存在分歧，但基礎設施項目和運營商正在累積運作經驗。

    是的，我對此深有體會──我的日常工作就是建構量子安全網路。如果我認為「一次性全面部署PQC」能更快地提升安全性，我會毫不猶豫地這麼說。這裡的論點很簡單：先部署QKD，再部署PQC，這種務實的部署順序能夠降低營運風險，立即提升網路韌性，最終以更低的成本和更少的麻煩達到相同的目標——混合部署PQC+QKD 。

    如今的「共識」說了什麼——以及它在哪些方面過度依賴軟體

    監管機構之所以優先採用 PQC，是因為它原則上無需重新鋪設光纖即可擴展。 2024 年，NIST 最終確定了ML-KEM（金鑰建立）、ML-DSA（格簽章）和SLH-DSA（基於雜湊的簽章）作為 FIPS 203-205 標準。例如，英國國家網路安全中心 (NCSC) 已發布一份公開路線圖，旨在廣泛部署 PQC（媒體報道稱，大型機構的部署預計在 2035 年完成）。這些說法本身沒有錯，只是還不完整。 4

    常被忽略的一點是：「純軟體」其實並不是純軟體。

    • 更大的消息和密鑰。 FIPS 203 的 ML-KEM-768 使用1184 位元組的公鑰和1088 位元組的密文；ML-DSA-65（Dilithium 等級）簽章大小約為3.3 KB ，公鑰大小約為1.9 KB。這些比目前的 X25519/ECDSA 握手和簽名要大幾個數量級，會對設備和中間件產生實際的連鎖反應。 <sup> 5</sup>
    • 實際應用中已經出現了問題。當 Chrome/Cloudflare 試用混合後量子 TLS 時，一些老舊路由器和中間件無法處理更大的握手記錄——這證明「僅僅是軟體更新」就可能引發網路硬體/韌體的嚴重問題。 6
    • 先清點庫存，再考慮其他一切。美國指南（CISA/NIST/NSA）實際上首先要求你建立完整的加密庫存並設計加密敏捷性——這是在第一個受保護會話切換到 PQC 之前需要完成的艱鉅任務。 7

    以上內容並非反對PQC，而是反對以PQC為首要策略。

    QKD 增加了 PQC 無法增加的功能

    • 基於物理學的金鑰分發。量子金鑰分發（QKD）使用單光子；任何竊聽都會對訊號造成可測量的干擾，因此您可以知道金鑰交換是否被竄改。這是資訊理論的保證，而不是對完美數學的押注。
    • 帶外傳輸，影響範圍小。 QKD系統在特定鏈路上與資料平面並行運行，因此您可以強化 DC↔DC、DC↔雲 PoP（包括 AWS DirectConnect、Azure ExpressRoute 和 GCP Cloud Interconnect）、HQ↔DC 和骨幹網段，而無需在第一天就修改每個工作站、應用程式和韌體映像。
    • 應對變化的韌性。繼去年夏天的 CrowdStrike 事件之後，您真的希望您的第一個「量子安全」步驟是對所有 Windows 伺服器、路由器和應用程式進行大規模的軟體更新嗎？ Falcon 感測器內容更新導致約 850 萬台 Windows 裝置崩潰；航空公司和醫院立即受到了影響。從那些可以在不影響正常運作時間的前提下增加保護措施的地方入手。

    我之前已經詳細分析過這種推理思路——以及美國機構的懷疑態度；簡而言之，PQC 和 QKD 是互補的層面，但如果我們強行採用非此即彼的模式，它們就會產生對立。 9

    世界究竟在做什麼

    1. 美國

    • 標準： NIST 的 FIPS 203–205 為最終標準－PQC 是官方基準。 NSA 的CNSA 2.0為國家安全系統設定了 PQ 時間表。 (值得注意的是，NSA 長期以來對國家安全系統的量子金鑰分發 (QKD) 持謹慎甚至否定的態度。）10
    • 試點計畫和測試平台：美國能源部和橡樹嶺國家實驗室在一家公用事業公司的運行光纖（查塔努加的EPB公司）上演示了量子金鑰分發（QKD）安全鏈路，這是更廣泛的「量子網路」計畫的一部分。這意味著：政策引領量子通訊（PQC）的發展；研發工作不斷推動QKD技術在高可靠性骨幹網路的應用。

    2. 歐盟

    • 基礎設施： EuroQCI計畫正在建構一個覆蓋整個歐盟的量子通訊骨幹網，該骨幹網包含地面和衛星部分，並擴展了與德國電信和西班牙電信等營運商合作運行的OPENQKD測試平台。 11
    • 產業參與：QSAFE和Nostradamus （DT、泰雷茲、AIT、西班牙電信）等聯盟正在設計架構和互通性，包括量子金鑰分發 (QKD) 設備的測試基礎設施。 12
    • 安全機構的立場：歐盟安全機構（BSI/ANSSI及其荷蘭/瑞典同行）目前仍將量子金鑰分發（QKD）視為“小眾技術”，僅在特定的點對點或縱深防禦場景中有用，同時敦促立即遷移到實體金鑰分發（PQC）。這就是矛盾所在：政策投資於QKD基礎設施，而各機構仍堅持優先使用PQC。 <sup> 13</sup>

    3. 英國

    • 實際網路：英國電信和東芝已在倫敦運營了一個量子安全城域網路（安永是其首批客戶），並在科研機構之間部署了工業網路。 14
    • 政策： NCSC正在大力推進PQC，並發布了一份面向大型組織的公開路線圖（據報導），該路線圖涵蓋至2035年——再次表明PQC基線+選擇性的高保障疊加層。 15

    4. 日本

    • 運作經驗： NICT的東京量子金鑰分發網路自2010年代以來一直在運行，目前的工作是將量子金鑰分發整合到NTT的全光子網路（IOWN）傳輸技術中，以實現高容量資料和量子金鑰的共存。日本的CRYPTREC也於2024年發布了更新的PQC指南。 <sup> 16</sup>

    5. 新加坡

    • 監管機構主導的推廣：國家量子安全網路（NQSN/NQSN+）正在為銀行和關鍵基礎設施試點量子金鑰分發（QKD）和量子安全通訊。政府承諾投入約3億新元用於國家量子戰略，並透過新加坡金融管理局（MAS）的金融科技創新計畫3.0（FSTI 3.0）投入1億新元，以促進量子技術（包括QKD）在金融領域的應用。 <sup> 17</sup>

     

    6. 韓國

    • 全國骨幹網： SK Broadband/ID Quantique 建立了一個約 800 公里的量子金鑰分發 (QKD) 網絡，連接了48 個政府部門；SKT 積極參與將 QKD 與 PQC 相結合以實現量子安全通訊的標準制定工作。 18

     

    7. 中國

    • 國家層級規模：此一體化天地網路結合了超過12,000公里的京滬光纖骨幹網路和衛星鏈路，為用戶提供約12,900公里的量子金鑰分發（QKD）覆蓋範圍——迄今為止，這是全球規模最大的部署。中國是唯一一個在多個關鍵產業強制要求（而非僅要求）後量子安全測量技術投入運作的國家。事實上，中國明確強制要求的是量子金鑰分發（QKD ） ，而非後量子計算（PQC）。 <sup> 19</sup>

     

     

    軟體並非「免費」：PQC優先模式的隱性成本

    讓我們直言不諱地談談如果你一開始就全面升級將會遇到的阻力：

    • 盤點是強制性的，而且耗時。所有可靠的路線圖都始於自動化加密發現（RSA/ECC 在哪裡使用？使用哪些函式庫？版本是什麼？擁有者是誰？）。在首次 PQC 握手生效之前，這會耗費大量時間和預算。 20
    • 硬體/韌體的實際情況。更大的金鑰和握手操作會對物聯網設備、路由器和防火牆帶來壓力；即使是資源充足的Web協定棧，在PQC測試中也出現了中間盒故障。預計各廠商將進行韌體更新、協定堆疊升級和互通性測試。 21
    • 演算法敏捷性是設計的核心。 NIST明確警告要保持敏捷性，因為即使是 PQC 演算法也可能被淘汰。這意味著以後需要進行更多遷移。 QKD 密鑰不依賴未失效的數學運算。 22

    我並不是主張避免PQC（性能品質控制）。我的主張是，在用不會影響飛行中更換引擎時正常運行時間的技術鎖定最大的管道之後，再進行PQC 。

    實用流程：QKD優先，PQC次之

    從對手收益最大（且你的爆炸半徑最小）的地方開始：

    1. 保護核心網路。
      • 直流↔直流交叉連接
      • 總部↔資料中心
      • DC↔雲入口匝道
      • 骨幹鏈路
        這些是「大管道」。 QKD 位於資料平面旁邊，立即加強所有經過這些連結的資料流的金鑰交換，無論每個應用程式或 TLS 協定堆疊目前正在做什麼。
    2. 衡量關鍵指標。
      追蹤量子頻道的安全密鑰速率、鏈路穩定性、檢測到的干擾以及平均恢復時間。利用這些指標來評估彈性改善的基準。
    3. 有條不紊地分層部署 PQC。
      在核心安全性得到保障後，逐級檢查加密資產，並將堆疊升級到 ML-KEM/ML-DSA/SLH-DSA。即使軟體變更出現問題，您的高價值傳輸資料也能受到保護。
    4. 最終狀態： 混合式 PQC+QKD，這是電信界已經在設計（並朝著標準化方向發展）的縱深防禦模式。 23

    這個流程與倫敦、柏林、馬德里等地的營運商的學習方式類似——在生產光纖上部署量子金鑰分發（QKD），然後迭代。 24

    常見異議解答 

    • 「我們國家機構認為量子金鑰分發（QKD）是小眾技術。」
      事實上，歐洲安全機構（德國聯邦安全情報局/法國國家安全情報局，以及荷蘭/瑞典的同行機構）強調優先使用預品質控制（PQC），並將量子金鑰分發如今稱為「小眾技術」。兩種情況可以同時成立：他們對大規模替換持謹慎態度，以及量子密鑰分發作為縱深防禦層在相對較少的關鍵鏈路上的價值。這正是我建議你們著手的地方。 25
    • 「可信任節點會削弱安全性。」
      可信任中繼是一種明確的工程權衡，而非致命缺陷——尤其是在營運商控制的城域網路/骨幹網路線路上，這些線路的機房、機架和線路都經過了加固。目前，採用安全節點的量子金鑰分發 (QKD) 可以保護這些大型線路；基於糾纏的 QKD 是未來的升級方案，它將信任度推向零——但這並非目前真正降低風險的先決條件。 26
    • 「量子金鑰分發（QKD）難道不是一個科學計畫嗎？」
      曾經是，但現在不是了。看看EuroQCI計畫、OPENQKD報告、BT/東芝倫敦城域網路、NICT 的東京網路、SK Broadband 的 800 公里部署，以及美國能源部支持的示範計畫。這些並非實驗室裡的奇觀——它們是營運商學習如何大規模運作和維護量子安全骨幹網路的途徑。 <sup> 27</sup>
    • 「正常運作時間和風險如何保障？」
      與 PQC 不同，QKD 是與資料路徑並行部署的，而不是嵌入其中。如果 QKD 裝置重啟，不會導致終端機出現藍色畫面。這與 CrowdStrike 的軟體更新形成鮮明對比，後者導致約 850 萬台 Windows 裝置癱瘓，航班停飛。在進行現代化改造時，選擇能夠降低營運風險的第一步。 28

     

    成本與投資報酬率（董事會會問到的部分）

    • PQC優先策略會預先進行庫存盤點、韌體升級、互通性測試和應用程式重構。這些固然必要，但在大部分工作完成之前，對於您最有價值的流程而言，短期內風險降低並不明顯。 29

     

    • QKD優先策略將有限的資本支出/營運支出集中於極少數高價值鏈路，提供可衡量的安全保障（竊聽行為可被偵測到），並且在軟體遷移過程中不會威脅服務等級協定 (SLA)。換句話說：以最高的投資報酬率提升網路安全態勢，將變更風險降至最低——並且為順利添加PQC（效能、品質和控制）奠定了基礎。

     

    接下來會如何發展（糾纏與整合）

    路線圖並非“量子金鑰分發（QKD）或量子糾纏（PQC）”，而是QKD + PQC，然後隨著糾纏網路的成熟而發展。日本資訊通訊研究機構（NICT）近期在 NTT 的 Open APN 上展示了將 QKD 與高容量光傳輸集成，而美國能源部（DOE）的藍圖工作正致力於構建美國量子互聯網——這兩者都指向一個經典層和量子層協同發展的未來。早期採用 QKD 的使用者將已經具備升級所需的操作經驗。 30 nict.go.jp

     

    我該如何在15分鐘內向首席資訊安全長 (CISO) 進行簡報

    1. 定義核心流程（資料中心↔資料中心、資料中心↔雲端、總部↔資料中心）。
    2. 在這些鏈路上部署 QKD；與資料路徑的現有金鑰管理/加密整合。
    3. 進行加密資產清點，並根據加密敏捷性規劃 PQC 升級。 31
    4. 依序逐一應用程式/網域推出 PQC ；監控回歸情況。
    5. 向混合模式（QKD 保護的金鑰交付 + 協定中的 PQC）靠攏。
    6. 追蹤關鍵績效指標（按鍵率、幹擾事件、握手成功率、SLA 影響）。

     

    就是這樣。平靜。乏味。可以辯解。

    結語

    我們每個人都帶有偏見──包括我自己的。但事實勝於雄辯：PQC（資料包品質控制）是必要的，而QKD（量子金鑰分發）現在就可以部署在傳輸最高價值資料的具體鏈路上。你無需做出選擇；你需要按順序來。從管道開始。

    作者：Nir Bar Lev，HEQA Security 執行長

    1. https://www.cisa.gov/resources-tools/resources/quantum-readiness-migration-post-quantum-cryptography? ↩︎
    2. https://csrc.nist.gov/pubs/fips/203/ipd
      ↩︎
    3. https://digital-strategy.ec.europa.eu/en/policies/european-quantum-communication-infrastructure-euroqci?
      ↩︎
    4. https://csrc.nist.gov/pubs/fips/203/ipd ↩︎
    5. https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/FIPS/NIST.FIPS.203.ipd.pdf ↩︎
    6. https://quantum.lanl.gov/cryptography.shtml? ↩︎
    7. https://www.cisa.gov/resources-tools/resources/quantum-readiness-migration-post-quantum-cryptography? ↩︎
    8. https://www.reuters.com/technology/microsoft-says-about-85-million-its-devices-affected-by-crowdstrike-related-2024-07-20/? ↩︎
    9. https://heqa-sec.com/blog/the-peculiar-stance-of-nist-and-the-nsa-on-quantum-cryptography-and-why-theyre-wrong/ ↩︎
    10. https://csrc.nist.gov/pubs/fips/203/ipd ↩︎
    11. https://digital-strategy.ec.europa.eu/en/policies/european-quantum-communication-infrastructure-euroqci? ↩︎
    12. https://www.telekom.com/en/media/media-information/archive/deutsche-telekom-partners-quantum-communication-infrastructure-642332? ↩︎
    13. https://cyber.gouv.fr/sites/default/files/2020/05/anssi-technical_position_papers-qkd.pdf? ↩︎
    14. https://www.toshiba.eu/solutions/quantum/wp-content/uploads/resources/London-Quantum-Secured-Metro-Network.pdf? ↩︎
    15. https://www.theguardian.com/technology/2025/mar/20/uk-cybersecurity-agency-quantum-hackers? ↩︎
    16. https://www.itu.int/en/ITU-T/Workshops-and-Seminars/2023/0724/Documents/Kenyoshi.pdf? ↩︎
    17. https://nqsn.sg/? ↩︎
    18. https://www.idquantique.com/quantum-safe-security/nation-wide-quantum-safe-key-distribution-network-in-south-korea/? ↩︎
    19. https://merics.org/en/report/chinas-long-view-quantum-tech-has-us-and-eu-playing-catch ↩︎
    20. https://www.cisa.gov/resources-tools/resources/quantum-readiness-migration-post-quantum-cryptography? ↩︎
    21. https://quantum.lanl.gov/cryptography.shtml? ↩︎
    22. https://csrc.nist.gov/pubs/ir/8547/ipd? ↩︎
    23. https://www.cmorg.org.uk/sites/default/files/2025-06/CMORG%20-%20Guidance%20for%20Post-Quantum%20Cryptography%20-%20April%202025%20-%20TLP%201%
    24. https://www.toshiba.eu/solutions/quantum/wp-content/uploads/resources/London-Quantum-Secured-Metro-Network.pdf? ↩︎
    25. https://cyber.gouv.fr/sites/default/files/2020/05/anssi-technical_position_papers-qkd.pdf? ↩︎
    26. https://www.nict.go.jp/en/press/2025/09/16-1.html? ↩︎
    27. https://digital-strategy.ec.europa.eu/en/policies/european-quantum-communication-infrastructure-euroqci? ↩︎
    28. https://www.reuters.com/technology/microsoft-says-about-85-million-its-devices-affected-by-crowdstrike-related-2024-07-20/? ↩︎
    29. https://www.cisa.gov/resources-tools/resources/quantum-readiness-migration-post-quantum-cryptography? ↩︎
    30. https://www.nict.go.jp/en/press/2025/09/16-1.html? ↩︎
    31. https://www.cisa.gov/resources-tools/resources/quantum-readiness-migration-post-quantum-cryptography? ↩︎
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