全国大学生物联网设计竞赛（和量子科技的一次亲密接触）

近日，第十七届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛（以下简称“挑战杯”竞赛）多个专项赛的终审决赛和结果公示结束。来自郑州大学的多支队伍经过校赛、省赛的层层选拔，在全国决赛的舞台上收获多项殊荣。由郑州大学网络空间安全学院卫琳老师指导，信息工程学院，计算机与人工智能学院王一帆、网络空间安全学院王世豪、田萌萌、郭旭等本科生组建的“郑州大学信息守护者团队”所设计完成的《基于量子密钥的车联网安全解决方案》项目在“挑战杯”竞赛“揭榜挂帅”专项赛中斩获全国特等奖。

“挑战杯”竞赛是由共青团中央、中国科协、教育部、中国社科院、全国学联和承办地省级人民政府共同主办的一项具有导向性、示范性和群众性的竞赛活动，被誉为当代大学生科技创新“奥林匹克”盛会。第十七届“挑战杯”竞赛加入了“揭榜挂帅”专项赛，由中国电信集团有限公司、中国软件与技术服务股份有限公司、国药中生生物技术研究院有限公司等7家出题单位提供7个既涵盖量子信息、国产化芯片和操作系统等前沿科技领域，也涉及碳中和、免疫新材料、3D打印钛合金原料等面向国家民生需求的“张榜”题目。来自郑州大学的信息守护者团队“揭榜”的是由科大国盾量子技术股份有限公司（以下简称“国盾量子”）发布的“信息安全中的‘矛’‘盾’交锋——抵抗量子计算冲击的量子安全应用”题目。

经过重重选拔，郑州大学信息守护者团队的成员和清华大学、中国科学技术大学、华中科技大学、东南大学等其他4家国内知名高校的参赛学生一道获得该命题的特等奖。郑州大学信息守护者团队的四名主要成员，都是郑州大学2019级的本科生。他们此前已经在中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛中国大学生计算机设计大赛、全国大学生物联网设计竞赛等赛事中多次崭露头角，获得良好的成绩。

量子密钥如何打造“防护之盾”？

在此次高手云集“揭榜挂帅”系列专项赛中，信息守护者团队的研发项目又是凭借什么优势脱颖而出、获得评委青睐呢？

“我们的项目用前瞻性的眼光看到，在不久的将来，量子计算会对现有加密技术体系产生巨大冲击，对无人驾驶领域的隐私保护和安全运行产生威胁；针对这样的隐患，团队设计完成了一套大体的车联网安全解决方案，具有较大的现实应用潜力”，信息守护者团队主要负责人王一帆说。

王一帆介绍，随着现代科技的快速发展,无人驾驶汽车正在逐渐由概念走向应用。无人驾驶的汽车在行驶途中会收集到包括汽车地理位置、运行状态、用户驾驶状态等实时信息，这些信息均需要通过车联网系统与外界环境信息连接交互，在此基础之上车辆才能正确识别道路信息、避让危险障碍和安全行车。因此，车联网是支撑无人驾驶系统稳定运行的关键环节。

但随着量子计算的高速发展，目前车联网常用的基于非对称加密算法的加密体系将不再安全。量子计算以量子比特为基本单元，通过量子态的受控演化实现数据的存储和计算，具有经典计算无法比拟的信息携带和并行处理能力。在可以预见的未来，量子计算会对现有的车辆数据安全体系产生较大的冲击，产生的后果轻则导致用户个人隐私信息泄露，重则导致车辆控制系统被入侵，继而危害乘客和其他道路交通参与者的生命财产安全。

“以彼之盾，克彼之矛”，庆幸的是，量子技术除了可以用以制作算力强大的“矛”，也可以制造成加密效果更加优越的“盾”。王一帆的项目就是旨在为无人驾驶领域的车联网打造量子密钥的“防护之盾”。

信息守护者团队所做的，就是把在模拟环境中收集到的无人驾驶车辆的各种行车数据，经由自主设计的网关设备，接入科大国盾量子安全服务平台，用量子安全密钥对数据加密，然后传输至搭建的车辆信息管理平台，以此来保障数据传输过程中的安全性。

“在今年9月份,信息守护者团队把搭建的作品提交给国盾量子命题委员会进行测试,许多业内专家在答辩环节给予了充分的肯定”。

坎坷不平的科研之路

回顾整个参赛历程，对王一帆来说，对于量子密钥的学习和应用应该是完成项目中对整个团队最具有挑战性的内容。

量子科技是一个新兴的领域，网上所能查到的信息资料并不丰富。刚开始，王一帆和他的伙伴们只能抱着几篇公开发表的论文钻研学习。“这样进行了将近一周的时间，大家对这方面知识的把握仍然没有什么进度，情绪就变得有点沮丧。”与此同时，队员们从赛程信息上了解到，他们的比赛对手多是来自诸如清华大学、中国科学技术大学等实力强大的国内一流高校，“这让我们团队的信心、士气更受打击，一些成员甚至对选择的研究方向产生了怀疑”。

“大家别放弃啊，万事开头难，咱们把眼前这块难题克服了，下面就会越做越顺的。”王一帆为了给大家打气，有时也用起了“画大饼”的招数：“如果在这次竞赛中取得了不错的成绩，将会我们推荐免试研究生可以加分哦。”另一方面，王一帆默默叮嘱自己要埋下头、沉下心更加努力地学习量子密钥的知识，“我自己要争取率先进行技术推进，为团队树立榜样”。

就在这个时候，出题单位国盾量子也开始为参赛团队的科研攻关提供技术指导，王一帆从那里获取了相关技术资料和程序模块，“拦路虎”被一步步解决了，队员们看到了项目向前推进的希望，又重新增长了信心、燃起了斗志。

在项目研究紧张冲刺的8月份，郑州市受到疫情的影响，不少区域被封控处理。王一帆所在的大学校园更是与外界严密隔离。不巧的是，暑假顾不上回家、留在学校追赶进度的王一帆和其他三个团队成员并不在同一个校区，研发过程中遇到问题只能在线上展开讨论。

“团队的其他成员在北校区，而我在新校区，这对项目的推进造成了一些小小的不便。”王一帆说，“尤其是进行硬件设备的搭建调试时，因为队员们身隔两地，加密数据传输测试中出现的各种问题就不能实时排查，这为整个系统的调整优化制造了障碍。”

在此情况下，王一帆和队友们逐渐习惯了使用QQ、微信、腾讯会议等软件反馈信息、交换意见。随着对这些聊天工具的适应和熟悉，他们沟通的效率也快速提升，单次视频会议的时长从最开始的一两个小时，降低到后来的十几分钟。

训练有素的深厚功力

从7月末着手设计到9月初完成调试，尽管遇到了量子密钥新技术和疫情封控造成的难题，王一帆大致上还是按照前期制定的工作计划、有条不紊地推动项目完成，这既离不开比较合理的工作计划设计、队员们勤奋自律的执行能力，也离不开他平时积累、锻炼的知识储备和动手实践能力。

在日常学习中，除了课堂上认真上课，课余时间，王一帆习惯于去自习室和图书馆读书自习。“学习是学生的本分”、“只有坚持有效输入，才能做到持续输出”，在采访中，王一帆常常向河南青年时报记者提起这些话。他谦虚地说“自己不是成绩最拔尖的人”，但他也曾经连续两年获得郑州大学三好学生。

和很多理工科的同学一样，王一帆也很热衷于参与学校里的实验室项目，在实践中检验理论知识，培养动手能力。大一开始，他就进入到物联网实验室，在老师的培养下接触物联网技术。大二时，王一帆经过长达一年的考察选拔，从数百名申请者中脱颖而出、加入众人瞩目的“郑州大学水下机器人实验室”，所凭借的，就是他扎实的专业知识以及突出的实践能力……

按照赛制的设置，今年的“挑战杯”竞赛还将举办“揭榜挂帅”系列专项赛的“擂台赛”，每个选题的5支特等奖团队将通过现场展示和答辩的形式，最终再角逐出1名“擂主”。在王一帆和他的信息守护者团队的面前，还有更远的路要走。

“每一次参加比赛，都是一个遇到困难、寻找方法、解决困难的过程。我们在这样一个正向反馈的过程中不断获得求知的成就感，这种快乐会激励我们在之后的学习中不断向未知的领域勇敢探索下去。”

在未来的人生规划中，王一帆希望自己本科毕业之后可以在相关领域进行更深入地学习。“受到我现阶段能力水平的限制，在这次比赛中，我所接触的量子科技还只是非常浅显的一角，只是前沿科技在具体领域的一次实践应用，但我已经感受到它的巨大潜能。我期望未来可以更多地在进一步的理论研究上获得成果，为我们国家的网络信息安全做出自己微薄的贡献。”

来源 河南青年时报~东风新闻

记者 赵墨波

编辑 夏寒

校对 杨阳

审核 田震