領存前沿算法MRD碼,重塑後量子時代通信與數據安全

“新質生產力”已成爲當下熱詞,渤海證券在發佈的研報中認爲,“新”指以科技創新推動產業創新,“質”則指打破傳統生產要素的質態、將數據作爲生產要素。圍繞“新質生產力”,今年政府工作報告中提到了十多個產業領域,包括智能網聯新能源汽車、前沿新興氫能、新材料、低空經濟、量子技術、大數據和人工智能等。渤海證券指出,相關領域有望獲得政策端的重點支持。

以量子計算、量子通信和量子精密測量爲代表的量子信息技術,是培育未來產業、推動高質量發展的重要方向之一。但也應當正視到,目前各種流行的加密算法,例如RSA和ECC(橢圓曲線密碼學),基於的數論問題(如大整數分解或離散對數問題)可以被量子計算機有效解決,特別是使用Shor算法。

中國信息通信研究院技術與標準研究所高級工程師賴俊森就指出,我國在量子保密通信的新型協議系統驗證、星地傳輸組網實驗、廣域網絡建設和示範應用探索等方面取得諸多成果;與之對應的傳統銀行安全系統、通訊系統等將面臨一系列安全性挑戰。

針對量子通訊技術層面存在的問題和相應的解決之道,環球網記者特約採訪了深圳市領存技術有限公司(以下簡稱“深圳領存”)董事長楚一兵,從技術應用、前沿算法方面,探討下一代通訊技術所需算法的發展趨勢。

MRD碼爲後量子時代通訊加密保駕護航

工信部主管的賽迪智庫撰文指出,2023年德國高技術領域的具體行動舉措中,第一項便是量子技術,並特別提到“通過開發推廣量子通信組件、加強跨領域量子算法設計等措施,到2026年,顯著提高量子技術在所有技術領域的整體可用性和應用水平。”

但如賴俊森所指出,量子保密通信與ICT系統和網絡的有效融合和高度適配的應用場景仍有待開發。楚一兵也認爲,量子通訊的關鍵點還是在於傳輸過程中節點錯誤的規避和糾錯,他具體提到:“網絡編碼是個被業界公認的、優美且實用的編碼的方式,這已從數學理論上證明了,網絡編碼可實現線性網絡的最大流;但如果缺乏強大的糾錯算法,網絡編碼就很難真正應用”。

正是在這樣的背景下,深圳領存早在2016年創立之初,便成立了領存實驗室嘗試突破信息傳輸、信息存儲的編碼數學難題,力求尋找到更優編碼技術。2024年春節前夕,領存實驗室剛剛完成研發的MRD碼,就是這樣一個在數學理論上達到了最大流的編碼方式,憑藉着在不可靠網絡中提供可靠通訊的糾錯能力,一經面世便獲得了業界廣泛關注。

據楚一兵介紹,在網絡編碼中,信息通常在一個多跳網絡中以編碼的形式,通過多箇中繼節點傳輸到多個目的地,在此過程中可能會發生傳輸錯誤和數據丟失,也可能存在需要網絡內更改、合併或調整傳輸信息的需求。MRD碼的核心功能就是解決網絡編碼中出現的節點錯誤,最有效率地對抗數據傳輸及存儲過程中形成的丟失和錯誤,力保數據的準確性和完整性、降低傳輸成本,同時還賦予了數據傳輸過程中更高的加密性。

楚一兵做了一個形象的比喻:“比如我們需要把兩個數據包從一個地方傳輸到另一個地方,兩個數據包分別爲1和3。如果分別傳輸,對於帶寬和網絡質量的要求就更大,傳輸成本也高;但是如果把它們合併成4去傳輸,對於外部硬件的要求就低了、成本也降下來了,網絡編碼就是要在將1和3合併成4,以及收到數據包之後,將4重新準確地解碼回1和3,而領存的MRD碼則保障瞭如果數據包在中間節點出錯的情況下,準確而快速的糾正回來。”

“這也讓MRD碼成爲數據加密的強大工具,即便數據被監聽或盜取了,對方沒有正確的解碼方式,解出來的很難是1和3,可能就是2+2,或者是0.5+3.5,都與原始數據大相徑庭。”楚一兵補充道。

他還用一句話總結了MRD碼的核心價值:“MRD碼在後量子時代的意義在於提供了一個抵禦量子計算機攻擊的可行和高效的加密手段。”

豐富的應用場景孕育廣闊下游市場

知名諮詢機構QYResearch此前曾發佈報告《全球量子通信市場報告 2023-2029》,預計2029年全球量子通信市場規模將達到 54.41億美元,未來幾年的年複合增長率可達25.7%。

MRD碼可以在複雜網絡環境下,提升數據傳輸和存儲的性能及可靠性。藉助MRD碼,通訊使用者能夠在數據傳輸遇到干擾時,也能被準確地解碼和復原,這對於設計如無線傳輸、分佈式存儲、多播通信等多種現代通信系統至關重要。具體應用範圍則包括,在衛星通信領域可保障衛星通信不被竊聽和破解、大幅提升衛星通訊性能,在分佈式數據存儲領域可大幅提升全國各地數據中心互聯互通的傳輸性能、助力“東數西算”戰略的穩步實施。

特別是針對6G通訊,據楚一兵介紹,5G的傳輸效率相當於4G的20倍,但缺點是需要較密集的基站設施,只適用於人口密度較大的區域;6G網絡的傳輸效率則相當於5G的100倍,且所需基站密度小、數據點間的傳輸距離更大,進而對數據傳輸的防丟失、糾錯能力提出了更高要求。MRD碼則有效解決這些問題,並作爲下一代通訊的核心算法的研究方向之一。

目前,深圳領存的MRD碼已經可以滿足市場需求,通過巧妙的算法優化,在極微小的算力條件下,將編解碼性能達到微秒級,“這也意味着,無論是在用戶現有的設備基礎上進行升級,還是在下一代芯片設計上,都能輕鬆實現數據的無損、無差錯傳輸”。

“目前,領存開發的、基於MRD碼設計的硬件小型網絡,已經提供給用戶測試,用戶可以去體驗與傳統網絡性能、安全性、可靠性之間的差異,甚至用用戶自己開發的傳統算法的糾錯能力對比。其實目前國內幾家通訊設備企業、業內多位高校教授,也都在密切關注這領存樣機的進展。”楚一兵還提到。

核心技術塑造競爭力備受業界關注

科研技術實力始終是科技創新企業的核心競爭力。公開資料顯示,深圳領存成立於2016年12月, 2019年公司參與到國家十三五項目重大項目研發,並於同年2月通過國家高新技術企業認證;2020年10月,推出了全國首個大整數研究和高性能計算平臺並上線運行,無損壓縮算法領域取得突破性進展 ;2022年獲深圳市專精特新企業認定,並與重慶大學聯合獲得重慶市科技進步一等獎。

發展至今的7年中,深圳領存取得了令業界矚目的成績,和衆多客戶的認可,不僅是國家固態硬盤標準制定者之一,也是國內首家研發推出閃存測試設備的企業,產品廣泛應用於機載、艦載、地面雷達等領域;部分歐洲國家民用飛機上的黑匣子,也是領存提供的。

此外,公司還在2023年8月簽訂協議,在許昌的集成電路封裝生產測試基地,該項目佔地約100畝,總投資達10億元,預計可實現年產值超20億元。對此楚一兵介紹到:“在這個項目中,領存將重點推出可被用在真空環境中的空間應用存儲芯片,最終應用在衛星上,這也是國內首創,打破了國外企業壟斷。” 

談到深圳領存未來的發展和自身的期許,楚一兵說:“我一直覺得我們這個團隊,就是一羣小人物,卻有個大夢想。領存很小,但我們願意沉下心來去研究一些具有顛覆性價值的算法,並與我們的用戶分享,共同推動量子通訊、6G通訊等下一代通訊技術的發展,也讓大家能夠去感受更加高效、更高質量的通訊體驗。這不僅是我的夢想,也是領存實驗室所有專家、博士和工作人員共同的夢想,無畏艱難、矢志不渝。”



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