編者按

從2019年實(shí)質(zhì)性研究啟動(dòng)，到2023年國(guó)際電信聯(lián)盟發(fā)布愿景文件，再到2025年6G標(biāo)準(zhǔn)元年確立，6G正從前沿理念加速照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。步入2026年，6G發(fā)展進(jìn)一步邁入技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)完善的關(guān)鍵時(shí)期，盡管業(yè)界已就6G初步形成共識(shí)，但諸多基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性難題仍亟待破解。為此，《通信世界》特策劃“6G關(guān)鍵技術(shù)深潛”專題，聚焦系統(tǒng)架構(gòu)創(chuàng)新、技術(shù)路徑探索、融合能力提升等話題展開深度探討，以期為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參考與啟示。

6G網(wǎng)絡(luò)作為新一代智能化綜合數(shù)字信息基礎(chǔ)設(shè)施，將采用廣域覆蓋的空天地網(wǎng)絡(luò)和分布式自治組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在深度IT化的基礎(chǔ)上更加開放、網(wǎng)元交互方式更加動(dòng)態(tài)靈活、產(chǎn)品軟硬件解耦更加徹底，而網(wǎng)絡(luò)暴露面也會(huì)相應(yīng)增加。

近年來(lái)，量子計(jì)算不斷發(fā)展，其強(qiáng)大的密碼破解能力給現(xiàn)有密碼技術(shù)帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。Shor算法于1994年提出，能將整數(shù)質(zhì)因子分解問(wèn)題轉(zhuǎn)化為求解量子傅里葉變換的周期，證明了量子計(jì)算機(jī)可以在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)解決大整數(shù)分解和離散對(duì)數(shù)求解等復(fù)雜數(shù)學(xué)問(wèn)題，亦能對(duì)當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)中身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)加密等關(guān)鍵環(huán)節(jié)廣泛采用的公鑰密碼算法（如RSA、Diffie-Hellman、橢圓曲線加密等）進(jìn)行快速破解，這對(duì)6G網(wǎng)絡(luò)安全通信和數(shù)據(jù)保護(hù)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，6G網(wǎng)絡(luò)的密碼學(xué)體系需要采用抗量子攻擊的密碼算法以保證網(wǎng)絡(luò)的安全性。

本文概述了后量子密碼（PQC）算法的進(jìn)展情況，重點(diǎn)分析了6G網(wǎng)絡(luò)中PQC算法的應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用方式，并對(duì)未來(lái)算法應(yīng)用存在的算法優(yōu)化、標(biāo)準(zhǔn)互通、性能評(píng)估等極具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題進(jìn)行了討論。

01

后量子密碼算法進(jìn)展

PQC算法的安全性主要建立在數(shù)學(xué)困難問(wèn)題的計(jì)算復(fù)雜度基礎(chǔ)上。當(dāng)前主流的數(shù)學(xué)困難問(wèn)題可分為格理論、編碼理論、哈希函數(shù)及多變量多項(xiàng)式等。一是基于格理論的密碼方案，利用格上兩類經(jīng)典NP難問(wèn)題——最短向量問(wèn)題（SVP）和最近向量問(wèn)題（CVP）確保安全性，通過(guò)將密碼原語(yǔ)歸約至格問(wèn)題的求解困難性實(shí)現(xiàn)安全保障，代表性算法包括Kyber和NTRU等。二是基于編碼理論的密碼系統(tǒng)，通過(guò)引入冗余糾錯(cuò)碼構(gòu)造安全屏障，其核心機(jī)制在于有意構(gòu)造包含特定錯(cuò)誤模式的碼字，使得攻擊者難以執(zhí)行有效的錯(cuò)誤校正或計(jì)算校驗(yàn)矩陣的伴隨式，Classic McEliece即為此類方案的典型代表。三是基于哈希函數(shù)的密碼方案，依托密碼學(xué)哈希函數(shù)的抗碰撞特性設(shè)計(jì)數(shù)字簽名算法，能有效抵御量子計(jì)算攻擊，代表性算法是SPHINCS+。四是基于多變量多項(xiàng)式的密碼體制，以有限域上非線性方程組的NP難求解性為安全基礎(chǔ)，通常將一組二次多項(xiàng)式映射作為公鑰生成函數(shù)，通過(guò)求解該多項(xiàng)式組的困難性實(shí)現(xiàn)密鑰安全。此外，盡管基于橢圓曲線同源的密碼方案（如SIKE）已被證明存在安全性缺陷，但同源密碼在高效密鑰交換與加密場(chǎng)景中的應(yīng)用價(jià)值，仍使其成為PQC領(lǐng)域的重要研究方向之一。

國(guó)際主要標(biāo)準(zhǔn)化組織和研究機(jī)構(gòu)正積極推進(jìn)PQC算法的研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）于2016年啟動(dòng)了PQC算法標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，旨在征集、評(píng)估和標(biāo)準(zhǔn)化能夠抵抗量子計(jì)算機(jī)攻擊的新型密碼算法。2024年8月13日，NIST正式發(fā)布了全球首批3個(gè)PQC標(biāo)準(zhǔn)，分別是基于CRYSTALS-Kyber的FIPS 203、基于CRYSTALS-Dilithium的FIPS 204和基于SPHINCS+的FIPS 205?；贔ALCON的數(shù)字簽名算法標(biāo)準(zhǔn)FN-DSA仍在研制中，預(yù)計(jì)2025年底發(fā)布。2025年3月，NIST發(fā)布第五個(gè)基于Hamming Quasi-Cyclic（HQC）的密鑰封裝算法標(biāo)準(zhǔn)，作為非格算法的補(bǔ)充，預(yù)計(jì)2027年完成。因特網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）通過(guò)兩條主線推進(jìn)PQC算法工作，一方面加快算法與協(xié)議層適配，將NIST已發(fā)布的PQC算法集成至傳輸層安全協(xié)議（TLS）、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)層安全協(xié)議（IPsec）、安全外殼（SSH）協(xié)議、超文本傳輸安全協(xié)議（HTTPS）等核心網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中，確保協(xié)議棧的量子安全兼容性；另一方面通過(guò)成立PQC實(shí)施與部署專項(xiàng)工作組（PQUIP），系統(tǒng)制定PQC技術(shù)落地應(yīng)用的共識(shí)性文檔與最佳實(shí)踐指南，為產(chǎn)業(yè)界提供從算法選型、系統(tǒng)改造到遷移部署的全流程技術(shù)指導(dǎo)。我國(guó)的商用密碼標(biāo)準(zhǔn)研究院也于2025年2月5日開啟面向全球的新一代公鑰密碼算法、密碼雜湊算法、分組密碼算法的征集活動(dòng)，要求能夠抵抗已知經(jīng)典計(jì)算攻擊和量子計(jì)算攻擊，并將同步開展新一代商用密碼算法遷移研究和應(yīng)用準(zhǔn)備工作。

在6G網(wǎng)絡(luò)安全研究方面，產(chǎn)業(yè)界將PQC作為實(shí)現(xiàn)6G網(wǎng)絡(luò)安全的關(guān)鍵技術(shù)之一。美國(guó)Next G Alliance在其6G愿景中強(qiáng)調(diào)了網(wǎng)絡(luò)安全的重要性，并指出需要采用先進(jìn)的PQC技術(shù)來(lái)保護(hù)未來(lái)的6G網(wǎng)絡(luò)。第三代合作伙伴計(jì)劃（3GPP）已在R19的協(xié)議版本中提出增強(qiáng)的256位對(duì)稱密碼算法，以抵御量子攻擊對(duì)128位對(duì)稱密碼算法的影響。全球移動(dòng)通信系統(tǒng)協(xié)會(huì)（GSMA）發(fā)布的《后量子電信網(wǎng)絡(luò)影響評(píng)估白皮書1.0版》中，分析了電信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、業(yè)務(wù)流程和電信設(shè)備受到量子威脅的影響，并呼吁電信行業(yè)盡快制定基于PQC的指南和流程。中國(guó)IMT-2030（6G）推進(jìn)組發(fā)布的《6G可信內(nèi)生安全架構(gòu)》中，也將PQC作為6G安全能力層的關(guān)鍵技術(shù)之一。

02

后量子密碼算法在6G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

應(yīng)用場(chǎng)景

6G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用密碼算法的場(chǎng)景主要分為以下三大類。一是通信設(shè)備（含終端）之間的認(rèn)證與鑒權(quán)。終端接入6G網(wǎng)絡(luò)時(shí)需要進(jìn)行鑒權(quán)認(rèn)證，6G接入網(wǎng)、核心網(wǎng)、邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)等不同網(wǎng)絡(luò)域設(shè)備之間也會(huì)依賴密碼算法進(jìn)行身份認(rèn)證。二是適用于安全通信協(xié)議以實(shí)現(xiàn)加密傳輸和完整性保護(hù)。SSH、IPSec、TLS等安全協(xié)議被廣泛應(yīng)用于6G設(shè)備之間通信安全保護(hù)，并對(duì)特定通信接口的數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。三是基礎(chǔ)設(shè)施安全可信保護(hù)。6G網(wǎng)絡(luò)底層將采用虛擬化方式實(shí)現(xiàn)，在設(shè)備可信認(rèn)證、證書校驗(yàn)和固件簽名等方面大量使用哈希算法、密鑰交換、公鑰算法等。具體來(lái)看，PQC算法在6G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用場(chǎng)景如下。

終端認(rèn)證安全：在5G網(wǎng)絡(luò)的主認(rèn)證過(guò)程支持5G-AKA和EAP-AKA'兩種方式，過(guò)程中會(huì)使用基于HMAC-SHA256算法的密鑰派生函數(shù)（KDF）計(jì)算預(yù)期響應(yīng)，也會(huì)采用MILENAGE算法（核心采用128bits的AES算法）來(lái)生成認(rèn)證向量。在6G網(wǎng)絡(luò)接入認(rèn)證過(guò)程中，可采用CRYSTAL-Kyber的密鑰封裝機(jī)制（KEM）進(jìn)行替代，或與經(jīng)典密鑰交換做混合以生成會(huì)話密鑰，用Dilithium、SPHINCS+等PQC簽名算法對(duì)認(rèn)證向量和響應(yīng)消息進(jìn)行簽名，有效防止量子計(jì)算攻擊導(dǎo)致的身份偽造和信息竊取。

數(shù)據(jù)傳輸加密：可以采用PQC算法對(duì)6G網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)拿舾袛?shù)據(jù)進(jìn)行加密，防止數(shù)據(jù)泄露，例如在接入網(wǎng)與核心網(wǎng)的回傳網(wǎng)絡(luò)IPsec通道采用PQC的KEM以確保前向保密與長(zhǎng)期機(jī)密性，在軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）控制通道和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）管理接口使用PQC算法加固數(shù)據(jù)傳輸安全。6G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間通信支持IETF RFC 7540和RFC 2818定義的雙向認(rèn)證TLS和HTTPS，設(shè)備具備服務(wù)器證書和客戶端證書，用于身份認(rèn)證和策略驗(yàn)證。支持PQC算法的數(shù)字證書和安全協(xié)議，將為6G管理面的數(shù)據(jù)、用戶面?zhèn)鬏數(shù)臄?shù)據(jù)和控制面的信令數(shù)據(jù)提供加密和完整性保護(hù)。

用戶隱私保護(hù)：5G網(wǎng)絡(luò)中引入了對(duì)用戶永久標(biāo)識(shí)符（SUPI）的加密保護(hù)機(jī)制，終端向空口發(fā)送SUPI時(shí)，使用公鑰將SUPI加密為用戶隱藏標(biāo)識(shí)符（S網(wǎng)絡(luò)切片憑證、SDN控制器密鑰、管理賬戶密碼等重要敏感數(shù)據(jù)，也可通過(guò)對(duì)稱算法進(jìn)行加密存儲(chǔ)，并對(duì)密鑰進(jìn)行PQC封裝。

基礎(chǔ)設(shè)施可信：6G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施將通過(guò)可信計(jì)算、可信驗(yàn)證和遠(yuǎn)程證明等機(jī)制，構(gòu)建底層軟硬件的全?？尚沛?，可將PQC簽名算法用于設(shè)備身份、證書和固件簽名。此外，如果使用區(qū)塊鏈智能合約技術(shù)實(shí)現(xiàn)6G跨網(wǎng)跨域的基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)識(shí)安全管理，可采用PQC算法來(lái)保證鏈上數(shù)據(jù)簽名的有效性及完整性。

邊緣計(jì)算接口保護(hù)：6G將大量采用邊緣智能設(shè)備提供分布式算力和業(yè)務(wù)，邊緣設(shè)備的API調(diào)用可采用基于PQC算法的TLS協(xié)議，對(duì)邊緣人工智能模型與數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行加密與完整性保護(hù)。

應(yīng)用方式

混合加密：在量子計(jì)算威脅尚未完全到來(lái)之際，傳統(tǒng)密碼算法仍然可以提供一定程度的安全保障，將傳統(tǒng)密碼算法與PQC算法結(jié)合使用，可在6G發(fā)展階段提供更便捷的解決方案。例如，在6G設(shè)備之間建立會(huì)話密鑰的同時(shí)，執(zhí)行經(jīng)典密鑰交換和PQC的KEM，將兩個(gè)共享秘密通過(guò)KDF合并為最終會(huì)話密鑰；或者通過(guò)高性能的經(jīng)典對(duì)稱算法（如AES-256-GCM）進(jìn)行加密存儲(chǔ)，使用PQC的KEM對(duì)對(duì)稱主密鑰進(jìn)行封裝/加密，以保證向后兼容。

密碼即服務(wù)：6G基礎(chǔ)設(shè)施具備密碼能力，能夠采用接口的方式，調(diào)用PQC算法模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)的按需保護(hù)。將PQC的密鑰管理、封裝/解封、簽名/驗(yàn)簽、證書管理及相關(guān)運(yùn)算等功能，以原子化和服務(wù)化的方式提供給6G終端、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用進(jìn)行調(diào)用，可大幅降低各類設(shè)備對(duì)算法的依賴性，降低終端與應(yīng)用的密碼算法升級(jí)成本，并通過(guò)軟硬件加速和專用可信執(zhí)行環(huán)境提供可證明的安全保障。

物理層安全增強(qiáng)：無(wú)線物理層安全技術(shù)利用無(wú)線信道的各向異性、隨機(jī)時(shí)變性和第三方測(cè)不準(zhǔn)特性等天然的內(nèi)生安全屬性，提供可融合但不依賴傳統(tǒng)密碼的6G物理層無(wú)線信號(hào)安全方案?？蓪⑽锢韺由傻拿荑€與PQC的KEM輸出密鑰進(jìn)行合并生成會(huì)話密鑰，只要任何一個(gè)密鑰來(lái)源未被破壞，就可以保證整體密鑰的安全性。

敏捷算法遷移：為了應(yīng)對(duì)密碼算法不斷發(fā)展帶來(lái)的潛在安全漏洞，6G網(wǎng)絡(luò)需要具備靈活的密碼算法架構(gòu)，方便快速切換和升級(jí)密碼算法?？刹捎媚K化設(shè)計(jì)，將密碼算法封裝成獨(dú)立的模塊，形成原子化安全功能，便于進(jìn)行替換和調(diào)用。例如，在公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（PKI）體系保留經(jīng)典證書授權(quán)（CA）的基礎(chǔ)上，引入支持PQC的CA，通過(guò)交叉簽名或雙根方式生成同時(shí)包含經(jīng)典算法與PQC算法的公鑰證書，從而實(shí)現(xiàn)平滑遷移。

03

待解決的問(wèn)題

PQC算法已在IT產(chǎn)品和服務(wù)中得到應(yīng)用。例如，OpenSSL、BoringSSL等密碼學(xué)庫(kù)已經(jīng)支持部分PQC算法。然而在移動(dòng)通信領(lǐng)域，PQC算法的應(yīng)用步伐仍然緩慢，面臨著企業(yè)遷移準(zhǔn)備不足、適用場(chǎng)景不清晰、使用方式不明確等挑戰(zhàn)。產(chǎn)業(yè)界花費(fèi)了近20年才構(gòu)建起一套完整的公鑰密碼系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施，當(dāng)前面向6G網(wǎng)絡(luò)的PQC應(yīng)用和遷移也存在著一些技術(shù)挑戰(zhàn)。

算法優(yōu)化與性能提升

PQC算法的計(jì)算速度、密鑰尺寸、簽名尺寸等性能表現(xiàn)通常不如傳統(tǒng)密碼算法，Kyber1024算法的公鑰和私鑰長(zhǎng)度分別達(dá)到1568、3168字節(jié)，難以滿足6G場(chǎng)景中的海量物聯(lián)網(wǎng)終端輕量化認(rèn)證的需求。因此，需要進(jìn)一步研究和優(yōu)化PQC算法，提高其性能，降低計(jì)算復(fù)雜度和存儲(chǔ)空間需求，使其更適用于資源受限的6G設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

標(biāo)準(zhǔn)化與互操作性

6G將實(shí)現(xiàn)“空天地?！币惑w化異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合，終端和設(shè)備形態(tài)差異較大，不同廠商和設(shè)備需要遵循相同的標(biāo)準(zhǔn)，才能實(shí)現(xiàn)安全的互聯(lián)互通。推動(dòng)PQC算法的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，尤其是加快國(guó)產(chǎn)化PQC的標(biāo)準(zhǔn)研制，形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系，是實(shí)現(xiàn)互操作性的關(guān)鍵。此外，6G網(wǎng)絡(luò)還涉及國(guó)際網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)互通，PQC算法的遷移和替代也需要綜合考慮與國(guó)際網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的兼容性問(wèn)題。

算法適用性

基礎(chǔ)電信網(wǎng)絡(luò)類型多樣、環(huán)節(jié)復(fù)雜，通信協(xié)議、數(shù)據(jù)加密等多場(chǎng)景均用到密碼算法，而6G通信設(shè)備支持多個(gè)協(xié)議，全面替換或大面積設(shè)備替換面臨技術(shù)復(fù)雜度高、成本高、周期長(zhǎng)的問(wèn)題。因此，需要針對(duì)6G網(wǎng)絡(luò)中對(duì)數(shù)據(jù)保護(hù)要求最高的環(huán)節(jié)優(yōu)先開展PQC遷移研究，例如控制面的信令傳輸安全、用戶標(biāo)識(shí)保護(hù)等，再逐步考慮對(duì)通用場(chǎng)景的遷移替代。

安全性與性能的平衡

目前業(yè)界缺乏對(duì)基礎(chǔ)電信網(wǎng)絡(luò)PQC算法應(yīng)用的整體評(píng)估方法。除了算法本身性能之外，還需要評(píng)估算法對(duì)設(shè)備通信互聯(lián)、端到端業(yè)務(wù)時(shí)延和穩(wěn)定性等方面的影響。因此，需要研究針對(duì)6G網(wǎng)絡(luò)PQC算法遷移的安全評(píng)估體系，對(duì)算法的安全性和業(yè)務(wù)性能開展綜合性分析和測(cè)試，例如對(duì)超高可靠低時(shí)延業(yè)務(wù)在算法選擇與分組最大傳輸單元（MTU）上做兼容性測(cè)試。此外，還需要對(duì)算法本身進(jìn)行安全性評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修復(fù)潛在的安全漏洞。

結(jié)語(yǔ)

量子計(jì)算的密碼破解能力已對(duì)現(xiàn)有密碼技術(shù)體系構(gòu)成嚴(yán)重威脅，而6G支持異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通信、通感算一體化等新型場(chǎng)景，終端連接急劇增多、業(yè)務(wù)應(yīng)用極大豐富，需要保護(hù)的數(shù)據(jù)類型多、數(shù)量大，面向未來(lái)應(yīng)確保數(shù)據(jù)和通信長(zhǎng)期安全。因此，面對(duì)量子計(jì)算帶來(lái)的威脅，迫切需要構(gòu)建抗量子攻擊的能力。

PQC算法是應(yīng)對(duì)量子計(jì)算威脅、保障6G網(wǎng)絡(luò)安全的關(guān)鍵技術(shù)，將在6G網(wǎng)絡(luò)身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)保護(hù)、邊緣安全等多個(gè)場(chǎng)景中發(fā)揮重要作用。未來(lái)，需要加強(qiáng)PQC算法在6G網(wǎng)絡(luò)中實(shí)用性、性能優(yōu)化與互操作的研究，開展安全性與性能平衡的評(píng)估，從而保障PQC算法在6G網(wǎng)絡(luò)中的有效性和遷移敏捷性。

本文刊載于《通信世界》2026年第1期

作者：中國(guó)信息通信研究院馮澤冰

責(zé)編/版式：孫天

審校：梅雅鑫

監(jiān)制：劉啟誠(chéng)

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編輯｜梅雅鑫 孫天 朱文鳳

審校 | 梅雅鑫

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