基于最小二乘法的相位编码QKD中的主动相位补偿

为解决相位编码的量子通讯系统中量子密钥相位漂移问题,以降低量子密钥分发(QKD),系统的误码率,克服已有算法存在的计算量大、测量精度低和复杂度高等问题,提出了基于最小二乘的主动相位补偿算法,可在单光子情况下通过扫描少量相位点,应用最小二乘法,即可获得较高精度的相位补偿。实验仿真表明,本文算法可以在较短的时间内得到相位漂移参数并进行实时主动补偿,提高了QKD系统的运行效率和性能。     

实际量子保密系统中偏振漂移对截听重发攻击的影响

研究了有偏振漂移的量子保密系统中的截听重发攻击问题.利用二维模型刻画密钥分发的过程.通过模型分析和研究计算,得到了合法通信者以及窃听者之间的关系式,掌握了系统的探测效率损耗,以及量子误码率的波动范围.筛后数据的互信息量显示,相比BB84协议,B92协议的互信息量低,这是由于B92协议将协议所用的量子态简化为两态所付出的代价.窃听者获取的信息可能多于合法通信者得到的信息,这也将威胁密钥产生的保密性.     

测量基对BB84协议安全性影响

 该文分析了窃听者采用不同测量基对经典BB84量子密钥分发协议进行测量重发攻击所能获得的信息量以及在接收端造成的比特错误概率,得到合法用户判断是否存在窃听重发攻击的比特错误率上限低于15%,从而为合法通信者间的安全通信和对窃听者的检测提供了新的判定依据。     

E91-QKD中集体攻击上限的研究

安全性分析是实用化量子密钥分发(QKD)协议中不可或缺的一部分,它不仅可以用来表征外界的窃听能力,还可以为系统的密钥率提供安全的范围。量子通道攻击能力的表征是QKD安全性分析的主要内容,其中集体攻击被认为是最强大的量子通道攻击之一。构造了由两体耦合作用和正定算子测度(POVM)构成的广义的集体攻击操作,给出了E91-QKD相对于集体攻击的安全性分析。仿真结果显示,在集体攻击下窃听者与通信方之间的互信息要小于基于纠缠纯化协议所提供的界限,因此系统的密钥率和对误比特率的容忍度有了显著的提升。所提出的安全性分析将为实用化QKD的密钥率提升提供一个解决途径,且该方法可与其他实验方法兼容。     

自适应光纤量子保密通信系统

在双M-Z干涉仪系统上采用跟踪相位变化适时进行密钥分配,实现了80 km稳定的量子保密通信,误码率≈6.0%,50 km以下误码率＜3.5%,稳定时间达数天,并且通过局域网实现了密钥分发和文档传送.该方案用于其它量子密钥分配(QKD)系统也可提高稳定性,向实用化又迈进了一步.     

相位编码量子密钥分发系统的电子学设计

相位编码是目前基于光纤传输的量子密钥分发(QKD)系统采用最多的方式,对控制电子学的设计提出了诸多挑战.本文在介绍相位编码QKD系统控制电子学整体设计基础上,重点分析相位编码QKD系统在同步机制、自动相位扫描补偿等方面的特殊要求和设计实现.本文设计的控制电子学和必要光学器件组成的QKD系统可以作为量子密钥分发网络中独立...     

相位调制无关的测量设备无关量子密钥分配协议

提出一种相位调制无关的改进测量设备无关量子密钥分配协议,在实际系统中通信双方 参考系随时间相对缓慢移动的条件下,该协议不需要添加辅助校准系统来补偿相位漂移,降 低了系统的复杂性。文章分析了相位调制无关的测量设备无关量子密钥分配协议在弱相干光 源及参量下转换光源下的安全密钥生成率和最大安全传输距离,并进一步探究了有限密钥长 度引起的统计波动问题对安全密钥率的影响。仿真结果表明,该协议的最大安全传输距离接 近经典协议的最大安全传输距离。同时,考虑统计波动的影响,当达到相近的最大传输距离 时,本文协议所需的脉冲数比传统协议低约5个数量级,进一步提高了系统效率。     

基于W态的量子确定性密钥分发方案

提出了一种基于W态的量子确定性密钥分发方案,方案采用在量子信道中传输更加稳定的W态作为承载信息的粒子,利用量子相干特性以及一串公开的信息序列S作为密钥分发的关键,在兼顾传输粒子稳定性的前提下能够达到54.54%的密钥分发效率,与使用GHZ态相比,在效率相差无几的情况下保证粒子在传输过程中具有更强的鲁棒性。安全分析表明,此方案能经受窃听者采取的截获——转发（重发）攻击和纠缠攻击两种攻击方式,确保通信安全可靠。同时,该方案在执行过程中不涉及任何幺正操作,简单便捷。     

基于态关联性不完美的诱骗态量子密钥分配

 本文提出了态关联性不完美条件下诱骗态量子密钥分配(QKD)的安全性理论分析模型.借助于QKD的保密放大分析方法,采用实际QKD系统广泛使用的诱骗态编码方案,使相位误码的估计更加准确,进而给出了态关联性不完美条件下诱骗态QKD的最终安全密钥生成率的表达式,刻画了密钥生成率与态关联性不完美、探测器性能和密钥传输距离之间的关系.数值模拟表明,诱骗态QKD的最终安全密钥生成率对态关联性不完美的容忍程度,随着密钥传输距离的增大而逐渐减小,随着探测器探测性能的提升而逐渐增大,因而验证了所给表达式的正确性.     

四强度诱骗态相位匹配量子密钥分发协议

量子密钥分发(QKD)具有信息论上的无条件安全性，而相位匹配量子密钥分发(PM-QKD)是双场量子密钥分发协议(TF-QKD)的一个变体，其最近被提出用来克服没有量子中继器的点对点协议中存在的速率-距离限制。鉴于实践中不存在无限强度的诱骗态，提出了一种具有实用价值的四强度诱骗态相位匹配量子密钥分发协议，即四强度诱骗态相位匹配量子密钥分发协议。给出了该协议的安全密钥速率公式，并通过数值仿真分析了该协议的性能，证明了该协议的有效性。     

路径攻击对量子密钥分发网络安全性的影响

对基于微弱相干脉冲的量子密钥分发网络的安全性进行了分析.在该量子密钥分发网络中,由于光学节点的插入损耗及用户之间量子信道损耗的影响,窃听者可以实施路径攻击来获取量子信息.这种路径攻击不会改变脉冲中的光子数分布及系统的密钥生成速率,且这种窃听行为可以利用量子信道的损耗进行隐藏.数据分析显示,即使诱惑态技术也无法防范路径攻击对密钥分发网络安全的威胁,而且随着平均光子数的增加,这种威胁越强.因此,在对量子密钥分发网络系统参数进行选择时,必须考虑路径攻击的影响.     

序列攻击对1310nm相位差分量子密钥分配的影响分析

讨论了1 310 nm相位差分量子密钥分配的特点,分析了强度调制序列攻击机理及其对相位差分量子密钥分配的影响。1 310 nm适宜于10～50 km范围内高速率量子密钥分配,强度调制序列攻击不会改变Bob的探测概率分布,当引入的误码率小于系统的固有误码率时,很难利用诱惑态技术进行打击。基于L.J.Ma等人的实验数据对相位差分量子密钥分配系统的安全性进行了评估。分析结果显示:在序列攻击下,当传输距离为50 km时,安全的密钥生成速率上限值为6.9 Kb/s,因此他们实验生成的密钥是不安全的。     

多用户网络环境下量子密码术

在传统的点到点之间进行量子密钥分发协议的基础上,利用量子存储技术和EPR粒子纠缠态互换的方法,提出了在多用户、多控制中心、远距离的网络环境下进行量子密钥传送的方案。与传统的点与点之间的量子密钥传送协议类似,其安全性也是建立在量子力学原理上,任何窃听者的存在必将使生成密钥的误码率上升而被合法通信用户发现。     

量子密钥分发系统中的相位调制器特性分析

在量子密钥分发系统(QKD)中,LiNbO3波导相位调制器是构成单光子干涉仪的关键器件。文章阐述了LiNbO3相位调制器的相位调制特性、偏振特性及其对量子密钥分发系统的影响,介绍了退火质子交换工艺制备的线性单偏振LiNbO3相位调制器与采用钛内扩散工艺制备的低偏振相关损耗(PDL)LiNbO3相位调制器的性能指标。     

量子密钥分发系统的实际安全性

量子密钥分发利用量子力学原理实现通信双方之间无条件安全的密钥传输而不被未经许可的第三方所窃听。目前,单光子QKD协议,纠缠光子对QKD协议,连续变量QKD协议等在理想的光源、信道、探测模型假设下已经被证明具有无条件安全性。然而,实际QKD系统所采用的非理想实际物理器件往往不完全符合理论安全性分析中的模型假设,这将导致比较严重的安全漏洞,从而降低实际QKD系统的安全性。为了抵御实际QKD系统非理想器件所引入的安全漏洞,可以从软件上改进QKD理论安全性分析(将实际QKD系统非理想特性纳入到安全性分析理论中),或从硬件上改进实际QKD系统(增加监控模块以抵御实际QKD系统安全漏洞)。对实际QKD系统光源、信道及探测端的安全漏洞进行了全面总结并给出针对各个安全隐患的抵御措施。     

一种基于量子加密的软件定义网络南向安全防护策略

提出一种以量子加密技术为核心的软件定义网络（Software-defined Network,SDN）的南向安全防护策略,建立了基于量子密钥分发的SDN网络模型并分析了该模型下的身份认证、量子密钥分发和自适应免疫窃听流程。推导出了本策略下窃听攻击强度、用于检测窃听的量子态数目的比例α、系统发现窃听者的概率、密钥分发效率之间的定量关系。通过动态仿真分析确立了不同攻击强度下系统参数α的最优选值区间。SDN控制器可根据该仿真结果,动态地决策系统中α的取值进行自适应免疫密钥分发,实施更为精准的窃听免疫方案。     

一种偏振检测QKD系统相位调制器驱动电路设计

回顾了相位编码方式实现协议的量子密钥分发实验研究的演进历程和最新进展,选取基于Michel son干涉仪的相位编码、偏振检测单向QKD系统为实验平台,提出一种以单片机和FPGA为核心的相位调制器驱动电路设计方法,并给出了相应实验结果,达到了预期的实验目的.     

QKD系统中相位调制器驱动电路设计

相位调制器是量子密钥分发系统中不可缺少的调制器件,其输出调制信号的脉宽影响量子比特误码率.本文提出一种利用高速高频模拟开关实现相位调制器驱动电路的设计方法,仿真结果显示驱动电路输出电压脉冲脉宽可低于10ns,并能很好地应用到量子密钥分发实验系统中,从理论及实验上对实验方案的可行性及可靠性进行了验证.     

基于大气折射效应的星地背景光误码率分析

研究了大气折射效应对星地量子密钥分发(QKD)系统的背景光误码率的影响,研究过程中考虑了白天晴天、满月夜晚和无月夜晚三种不同的背景光条件。建立了分层结构的星地QKD信道传输模型,模拟大气折射效应对信号传输距离的影响;基于此模型仿真分析了考虑和忽略大气折射效应时只考虑背景光的误码率随天顶角的变化趋势。结果表明:忽略大气折射效应将对背景光误码率产生较大的影响,此外在无月夜晚背景光条件下可以获得相对最低的误码率。     

基于腔QED任意两个Bell态纠缠交换的量子隐写协议

根据腔量子电动力学(QED,quantum electrodynamics)原子的演化规律提出腔QED内新颖的量子隐写协议,其隐藏容量高达4bit。协议通过腔QED中任意两个Bell态纠缠交换,建立一个隐藏信道传送秘密信息。协议不需将多粒子量子纠缠态作为量子资源,也不涉及关于多粒子量子纠缠态的纠缠交换和量子测量。分析表明,本文协议能够抵抗截获-重发攻击、测量-重发攻击和纠缠-测量攻击,具有良好的安全性。