ПНСТ 829-2023

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КВАНТОВЫЕ КОММУНИКАЦИИ

Общие положения

Quantum communications. General principles

ОКС 35.110

Срок действия с 2023-09-01

до 2026-09-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Автономной некоммерческой образовательной организацией "Сколковский институт науки и технологий" (Сколтех) и Федеральным государственным автономным образовательным учреждением высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 194 "Кибер-физические системы"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 11 июля 2023 г. N 22-пнст

Правила применения настоящего стандарта и проведения его мониторинга установлены в ГОСТ Р 1.16-2011 (разделы 5 и 6).

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии собирает сведения о практическом применении настоящего стандарта. Данные сведения, а также замечания и предложения по содержанию стандарта можно направить не позднее чем за 4 мес до истечения срока его действия разработчику настоящего стандарта по адресу: 121205 Москва, Инновационный центр Сколково, ул.Нобеля, д.1, e-mail: info@tc194.ru и/или в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии по адресу: 123112 Москва, Пресненская набережная, д.10, стр.2.

В случае отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты" и будет размещена на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

Введение

Настоящий стандарт содержит основные положения в области квантовых коммуникаций: принципы передачи информации по квантовым каналам, основные подходы к построению квантовых сетей и их использованию для передачи информации, в том числе для квантового распределения ключей, основные подходы к реализации квантовых сетей различных топологий, а также основные принципы сопряжения сетей квантового распределения ключей с квантовозащищенными сетями связи.

Необходимость разработки стандарта вызвана потребностью в создании информационно-коммуникационных систем на основе квантовых коммуникаций и их интеграции в существующую телекоммуникационную инфраструктуру.

     1 Область применения

Настоящий стандарт определяет:

- основные положения и принципы в области квантовых коммуникаций;

- типовые схемы построения квантовых сетей;

- общие принципы использования квантовых сетей для решения задач квантового распределения ключей;

- общие принципы сопряжения сетей квантового распределения ключей с квантовозащищенными сетями связи.

Настоящий стандарт не устанавливает требований:

- к технической реализации и построению систем квантового распределения ключей;

- способу формирования квантового и/или квантовозащищенного ключа.

Примечание - При разработке систем квантового распределения ключей должны быть использованы соответствующие документы, разработанные в рамках ТК 26 "Криптографическая защита информации" и иные документы, определенные действующим законодательством в сфере разработки средств криптографической защиты информации.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ПНСТ 830-2023 Квантовые коммуникации. Термины и определения

ПНСТ 799-2022 Информационные технологии. Криптографическая защита информации. Термины и определения

ГОСТ Р 54417 Компоненты волоконно-оптических систем передачи. Термины и определения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

     3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ПНСТ 830-2023, ПНСТ 799-2022 и ГОСТ Р 54417.

     4 Сокращения

В настоящем стандарте использованы следующие сокращения:

ДПУ - доверенный промежуточный узел;

ЕТСИ - Европейский институт по стандартизации в области электросвязи;

КДСЧ - квантовый датчик (генератор) случайных чисел;

КЗК - квантовозащищенный ключ;

КЗСС - квантовозащищенная сеть связи;

КК - квантовый ключ;

КРК - квантовое распределение ключей;

МУК - модуль управления ключами;

ПКП - протокол квантовой передачи;

СКЗИ - средство криптографической защиты информации;

СУК - система управления ключами;

CWDM - неплотное мультиплексирование с разделением по длине волны/разреженное спектральное уплотнение (Coarse Wavelength Division Multiplexing);

DWDM - плотное мультиплексирование с разделением по длине волны/плотное спектральное уплотнение (Dense Wavelength Division Multiplexing);

TDM - временное мультиплексирование (Time Division Multiplexing).

     5 Общие положения

5.1 Квантовые коммуникации

Квантовые коммуникации - это передача информации посредством прямой передачи квантовых состояний или посредством квантовой запутанности. Основным носителем информации в квантовых коммуникациях являются квантовые системы, состояния которых кодируются (изменяются) в соответствии с передаваемой информацией. Сигнал, описываемый квантовым состоянием, является квантовым сигналом.

В квантовых коммуникациях в настоящее время в качестве квантовой системы для передачи информации используются фотоны, а основными системами передачи квантовой информации являются квантовые оптические системы.

В простейшем случае единицей представления квантовой информации служит кубит. Кубит является кудитом, для которого размерность квантовой системы, которой он описывается, составляет d = 2. Математически кудит описывается вектором в комплексном d-мерном гильбертовом пространстве, соответственно кубит - вектором в двухмерном комплексном гильбертовом пространстве.

В квантовых коммуникациях для передачи квантовых сигналов используют квантовые передатчики, квантовые приемники и квантовые каналы.

Квантовый передатчик обеспечивает приготовление и передачу квантовых сигналов по квантовому каналу, а квантовый приемник - прием из квантового канала и обработку квантовых сигналов.

Квантовый канал представляет собой канал связи, по которому передаются квантовые сигналы. В зависимости от схемы реализации квантовый канал может быть однонаправленным или двунаправленным. Передача информации по квантовому каналу выполняется в соответствии с ПКП. На физическом уровне кодирование квантовой информации возможно на дискретных или непрерывных переменных.

В квантовых оптических системах квантовый канал может быть реализован на базе волоконно-оптических каналов связи или беспроводных оптических каналов (например, атмосферно-оптических каналов связи, оптических спутниковых каналов или подводных оптических каналов). Оптический спутниковый квантовый канал может быть реализован на различных спутниках (например, низкоорбитальных, среднеорбитальных, геостационарных спутниках или спутниках на высокоэллиптической орбите).