领存前沿算法MRD码，重塑后量子时代通信与数据安全

“新质生产力”已成为当下热词,渤海证券在发布的研报中认为,“新”指以科技创新推动产业创新,“质”则指打破传统生产要素的质态、将数据作为生产要素。围绕“新质生产力”,今年政府工作报告中提到了十多个产业领域,包括智能网联新能源汽车、前沿新兴氢能、新材料、低空经济、量子技术、大数据和人工智能等。渤海证券指出,相关领域有望获得政策端的重点支持。

以量子计算、量子通信和量子精密测量为代表的量子信息技术,是培育未来产业、推动高质量发展的重要方向之一。但也应当正视到,目前各种流行的加密算法,例如RSA和ECC(椭圆曲线密码学),基于的数论问题(如大整数分解或离散对数问题)可以被量子计算机有效解决,特别是使用Shor算法。

中国信息通信研究院技术与标准研究所高级工程师赖俊森就指出,我国在量子保密通信的新型协议系统验证、星地传输组网实验、广域网络建设和示范应用探索等方面取得诸多成果;与之对应的传统银行安全系统、通讯系统等将面临一系列安全性挑战。

针对量子通讯技术层面存在的问题和相应的解决之道,环球网记者特约采访了深圳市领存技术有限公司(以下简称“深圳领存”)董事长楚一兵,从技术应用、前沿算法方面,探讨下一代通讯技术所需算法的发展趋势。

MRD码为后量子时代通讯加密保驾护航

工信部主管的赛迪智库撰文指出,2023年德国高技术领域的具体行动举措中,第一项便是量子技术,并特别提到“通过开发推广量子通信组件、加强跨领域量子算法设计等措施,到2026年,显著提高量子技术在所有技术领域的整体可用性和应用水平。”

但如赖俊森所指出,量子保密通信与ICT系统和网络的有效融合和高度适配的应用场景仍有待开发。楚一兵也认为,量子通讯的关键点还是在于传输过程中节点错误的规避和纠错,他具体提到:“网络编码是个被业界公认的、优美且实用的编码的方式,这已从数学理论上证明了,网络编码可实现线性网络的最大流;但如果缺乏强大的纠错算法,网络编码就很难真正应用”。

正是在这样的背景下,深圳领存早在2016年创立之初,便成立了领存实验室尝试突破信息传输、信息存储的编码数学难题,力求寻找到更优编码技术。2024年春节前夕,领存实验室刚刚完成研发的MRD码,就是这样一个在数学理论上达到了最大流的编码方式,凭借着在不可靠网络中提供可靠通讯的纠错能力,一经面世便获得了业界广泛关注。

据楚一兵介绍,在网络编码中,信息通常在一个多跳网络中以编码的形式,通过多个中继节点传输到多个目的地,在此过程中可能会发生传输错误和数据丢失,也可能存在需要网络内更改、合并或调整传输信息的需求。MRD码的核心功能就是解决网络编码中出现的节点错误,最有效率地对抗数据传输及存储过程中形成的丢失和错误,力保数据的准确性和完整性、降低传输成本,同时还赋予了数据传输过程中更高的加密性。

楚一兵做了一个形象的比喻:“比如我们需要把两个数据包从一个地方传输到另一个地方,两个数据包分别为1和3。如果分别传输,对于带宽和网络质量的要求就更大,传输成本也高;但是如果把它们合并成4去传输,对于外部硬件的要求就低了、成本也降下来了,网络编码就是要在将1和3合并成4,以及收到数据包之后,将4重新准确地解码回1和3,而领存的MRD码则保障了如果数据包在中间节点出错的情况下,准确而快速的纠正回来。”

“这也让MRD码成为数据加密的强大工具,即便数据被监听或盗取了,对方没有正确的解码方式,解出来的很难是1和3,可能就是2+2,或者是0.5+3.5,都与原始数据大相径庭。”楚一兵补充道。

他还用一句话总结了MRD码的核心价值:“MRD码在后量子时代的意义在于提供了一个抵御量子计算机攻击的可行和高效的加密手段。”

丰富的应用场景孕育广阔下游市场

知名咨询机构QYResearch此前曾发布报告《全球量子通信市场报告 2023-2029》,预计2029年全球量子通信市场规模将达到 54.41亿美元,未来几年的年复合增长率可达25.7%。

MRD码可以在复杂网络环境下,提升数据传输和存储的性能及可靠性。借助MRD码,通讯使用者能够在数据传输遇到干扰时,也能被准确地解码和复原,这对于设计如无线传输、分布式存储、多播通信等多种现代通信系统至关重要。具体应用范围则包括,在卫星通信领域可保障卫星通信不被窃听和破解、大幅提升卫星通讯性能,在分布式数据存储领域可大幅提升全国各地数据中心互联互通的传输性能、助力“东数西算”战略的稳步实施。

特别是针对6G通讯,据楚一兵介绍,5G的传输效率相当于4G的20倍,但缺点是需要较密集的基站设施,只适用于人口密度较大的区域;6G网络的传输效率则相当于5G的100倍,且所需基站密度小、数据点间的传输距离更大,进而对数据传输的防丢失、纠错能力提出了更高要求。MRD码则有效解决这些问题,并作为下一代通讯的核心算法的研究方向之一。

目前,深圳领存的MRD码已经可以满足市场需求,通过巧妙的算法优化,在极微小的算力条件下,将编解码性能达到微秒级,“这也意味着,无论是在用户现有的设备基础上进行升级,还是在下一代芯片设计上,都能轻松实现数据的无损、无差错传输”。

“目前,领存开发的、基于MRD码设计的硬件小型网络,已经提供给用户测试,用户可以去体验与传统网络性能、安全性、可靠性之间的差异,甚至用用户自己开发的传统算法的纠错能力对比。其实目前国内几家通讯设备企业、业内多位高校教授,也都在密切关注这领存样机的进展。”楚一兵还提到。

核心技术塑造竞争力备受业界关注

科研技术实力始终是科技创新企业的核心竞争力。公开资料显示,深圳领存成立于2016年12月, 2019年公司参与到国家十三五项目重大项目研发,并于同年2月通过国家高新技术企业认证;2020年10月,推出了全国首个大整数研究和高性能计算平台并上线运行,无损压缩算法领域取得突破性进展 ;2022年获深圳市专精特新企业认定,并与重庆大学联合获得重庆市科技进步一等奖。

发展至今的7年中,深圳领存取得了令业界瞩目的成绩,和众多客户的认可,不仅是国家固态硬盘标准制定者之一,也是国内首家研发推出闪存测试设备的企业,产品广泛应用于机载、舰载、地面雷达等领域;部分欧洲国家民用飞机上的黑匣子,也是领存提供的。

此外,公司还在2023年8月签订协议,在许昌的集成电路封装生产测试基地,该项目占地约100亩,总投资达10亿元,预计可实现年产值超20亿元。对此楚一兵介绍到:“在这个项目中,领存将重点推出可被用在真空环境中的空间应用存储芯片,最终应用在卫星上,这也是国内首创,打破了国外企业垄断。” 

谈到深圳领存未来的发展和自身的期许,楚一兵说:“我一直觉得我们这个团队,就是一群小人物,却有个大梦想。领存很小,但我们愿意沉下心来去研究一些具有颠覆性价值的算法,并与我们的用户分享,共同推动量子通讯、6G通讯等下一代通讯技术的发展,也让大家能够去感受更加高效、更高质量的通讯体验。这不仅是我的梦想,也是领存实验室所有专家、博士和工作人员共同的梦想,无畏艰难、矢志不渝。”