量子保密通信研究进展与安全性分析

量子保密通信基于量子密钥分配和“一次一密”加密体制,能够提供无条件安全性保证,成为学术界和产业界研究关注的焦点.在介绍量子保密通信协议原理、关键器件和网络架构的基础上,重点分析了实际量子密钥分配系统的安全漏洞、攻击手段和安全性对策以及测量设备无关量子密钥分配技术研究进展,并对量子保密通信技术的安全性挑战、发展方向和应用前景进行了展望.     

基于PON网络的安全量子VPN方案

该文提出了一个新的无源光网络PON组成模型。利用该模型设计了一个具有身份认证功能的高效量子密钥分配方案,以满足无源光网络中光线路终端对光网络单元的身份认证和两者间的相互量子密钥分配,以及实现光虚拟专用网内部光网络单元间的量子密钥分配。安全性分析和实验方案表明了该协议的绝对安全性和可行性。将共享密钥作为通信双方的会话密钥,对内部传输数据进行加密,最终实现量子虚拟专用网。     

基于量子密钥分发的可信光网络体系架构

量子通信具有理论上的"绝对安全"和"一次一密"的优势,将其引入到光网络中可以在很大程度上提升光网络的安全性,同时,光网络作为重要的信息基础设施可以为量子密钥传送提供可靠的管道资源。文章提出基于量子密钥分发技术的可信光网络体系架构,总结量子密钥分发及量子与经典信息混传技术的研究进展,探讨量子光网络面临的问题与发展前景。量子光网络目前逐渐从点对点的初级阶段向多节点网络内的量子密钥分发与经典光网络融合交换的方向深入发展。     

量子通信城域网设备部署及应用的研究

依托量子通信城域网对量子网关设备产生的密钥进行网络分发,确保两地之间密钥分配的绝对安全,为用户提供加/解密密钥,实现数据传输的安全可靠。同时,随着国家《GB/T22239-2019信息安全技术网络安全等级保护基本要求》等保2.0的发布,探索量子通信城域网的部署变得尤为重要。因此,以量子通信技术为出发点,通过对量子通信城域网网络架构、设备部署、安全防护以及在政务方面的应用研究,提出了量子城域网相应的部署方案。     

量子密钥分配系统应用技术初探

在描述了基本的点到点量子通信系统的工作机制,QKD原语分类和网络整合QKD技术特性的基础上,导出了多种QKD的使用情况.这些技术特性允许确认实现QKD的功能及安全要求,并试图在现存和未来的ICT网络中使用.     

单光子探测器及量子密钥分配

量子密钥分配中的一项炎键技术就是在其通信窗口实现单光子探测.单光子探测器的性能决定着量子密钥分配系统的性能.综述了单光子探测器的研究进展,讨论了量子密钥生成速率的安全判据及特点,分析了量子密钥分配的主要实验进展.高性能的单光子探测器的研制,以及量子密钥分配方案的改进,极大地提高了量子密钥分配的速率和距离.     

安全稳定实用的差分量子密钥分配实验研究

在差分密钥分配通信系统中,嵌入时分复用单光子探测装置,在每次量子密钥分配的同时计量发信者(Alice)用于密钥分配的单脉冲平均光子数,确保通信的安全程度.实现了90 km的稳定的量子保密通信,误码率约为4%,有很好的实用价值.     

集体噪声信道下容错的量子密钥分配协议

近年来,量子通信成为一个比较活跃的研究领域。由于理论上的无条件安全性以及实际应用中的可行性,量子密钥分配是量子通信中非常重要的组成部分。而集体噪声信道下的量子密钥分配协议一直被广泛研究。本文提出一种改进的集体噪声信道下容错的量子密钥分配协议,以及一种可行的密钥协商方案。本协议的量子比特效率达到28.57%,是所有针对集体噪声容错的量子密钥分配协议中最好的,由此提高了量子密钥分配时的效率。     

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。     

我国实现国际最长距离实用光纤量子密码系统

据Optics Letter报道，由郭光灿教授领导的中科院量子信息重点实验室成功地设计了一种具有很高单向传输稳定性的量子密钥分配方案。利用该方案，实现了150km的室内量子密钥分配；经由实际通信光路实现了125km单向量子密钥分配。这是迄今为止国际公开报道的最长距离的实用光纤量子密码系统。     

一种B92协议量子电路设计与仿真

量子安全通信作为量子信息的重要分支之一,是量子力学在通信领域极为重要的应用.着重研究B92量子密钥分配协议的量子电路模型及其后续仿真,基于Qcircuit仿真软件设计出一种全新的B92量子密钥分配协议的量子电路模型,通过引入误码率(BER)和协议可靠率Υsec两个指标,仿真分析了在不同噪声信道模型下B92量子密钥分配协议的有效性和安全性.仿真结果表明,这种全新的电路设计实现了B92密钥分配协议的功能,并具有普遍意义,可运用于构造其他密钥分配协议的量子电路模型.     

基于ASON的量子通信网络构建和量子交换机设计

在目前量子通信技术的基础上,将自动交换光网络核心思想引入量子通信网络中,提出一个传输面与控制面相分离的三层量子通信网络模型和基于该模型的量子交换机结构,并给出了作为实现量子交换机关键技术的基于纠缠的量子交换方案。研究结果表明,该网络模型对于未来大规模量子通信系统的构建具有十分重要的意义。     

量子密钥通信网信道复用方案研究

为降低量子密钥通信网建设成本,研究分析信道复用环境下的量子通信网络。针对目前主要的经典-量子信道复用方案,对较远波长隔离方案及同波段传输方案分别建立模型,仿真分析其系统性能。结果表明,较远波长隔离方案易于实现,在短距离通信中有良好的效果,可适用于短距离高密集局域网建设;同波段传输方案对信道隔离度有着较高要求,但更加符合经典光网络波段要求并有更远的通信距离,是量子密钥城域网建设的参考方案。     

量子-经典混合光网络的密钥分配协议研究

分析了点对点量子密钥分配协议的特点,在此基础上仿真研究了不同用户数量下量子-经典混合光网络量子密钥分配协议的网络性能,同时对比了三类协议的网络部署成本。仿真结果表明,对于中小型接入网(仿真用户数为32),制备-测量协议密钥生成率最高,安全传输距离最短,纠缠光协议密钥生成率最低,安全传输距离最长;对于较大规模网络,测量设备无关协议的网络部署成本最小,是建立混合光网络的最优选择。     

量子通信技术研究及其应用分析北大核心

为寻找当前量子技术在实际系统中应用的切入点,文章研究并分析了当前量子通信的主要技术,特别对QKD(量子密钥分配)相关协议发展过程及成熟度进行了理论分析。考虑到现有量子器件技术的制约,总结出基于诱骗态的BB84协议是当前最成熟的QKD协议,量子安全直接通信、量子离物传态等技术是量子通信发展的方向。     

能确保通信安全的量子密码系统

由中国科技大学教授郭光灿院士领导的课题小组解决了量子密钥分配过程的稳定性问题，并由实际通信光路实现了125km单向量子密钥分配。     

飞行中继平台的MDI-QKD应用性能

量子密钥分发（Quantum Key Distribution, QKD）技术的应用领域不断拓宽,其良好的安全保密性能可以有效应对通信安全威胁,在航空通信领域,基于航空飞行平台应用量子密钥分发技术有望大幅提升航空通信系统安全性级别,为局部地区保密通信提供可靠保障,进一步提高区域安全通信保障能力。针对非对称传输效率测量设备无关量子密钥分发（Measurement Device Independent QKD, MDI-QKD）协议在机载条件下的应用问题,在以飞行平台作为测量节点的测量设备无关量子密钥分发技术应用场景下,应用诱骗态协议建立了仿真分析模型,分析了气象条件、飞行高度对系统仿真性能的影响。仿真实验结果表明,在15 km能见度的晴朗天气下,在无人机常用高度飞行的空中移动平台应用诱骗态测量设备无关量子密钥分发协议可以提供作战通信保障,在较远距离通信中存在通信盲区和飞行平台运动限制。同时证明了优化选择信号光源光脉冲强度方案可以有效提高通信能力。实验及分析为量子密钥分发技术在飞行平台上的后续研究和实际应用提供了理论分析基础和优化方法。     

量子密钥误码系数分析及对密钥分配的影响

分析了基于微弱相干脉冲量子密钥分配的误码系数,结果表明,误码系数并非为一固定常数,而是随着传输距离增加而变化。根据实验数据对误码系数与传输距离之间的关系进行了函数拟合,3个实验小组数据拟合出能够很好地符合同一指数函数形式。利用拟合的误码系数对诱惑态下BB84量子密钥分配方案的平均光子数进行了优化,根据优化结果,利用GYS的实验参数分析了Lo等人提出的诱惑态量子密钥效率表达式,结果表明,误码系数修正后的表达式具有更高的密钥生成效率空间。     

自由空间量子密钥分配的发展状况

简要介绍了基于单光子几种量子密钥分配协议,从基于单光子偏振和基于光子纠缠两个方面综述了国内外量子理论和实验现状,说明了自由空间量子密钥分配面临的挑战,最后提出了全球量子通信存在的问题及发展方向.     

量子通信网络安全性研究

随着量子通信的发展，安全问题引起了人们的极大关注。本文分析了量子通信网络安全的意义，并从密钥分发技术、量子加密技术和量子认证技术三个方面归纳了国内外量子通信安全问题的研究进展情况。最后，基于对量子通信网络安全存在的问题，指出了今后该领域的研究方向。