诱骗态量子密钥分发系统的安全分析

目前诱骗态量子密钥分发系统被许多实验系统所采用,并且一些文献声称诱骗态具有理想的安全特性。诱骗态在抵抗量子数分离攻击方面有一定的优势,但是,它并不能完全解决量子密钥分发系统的安全问题,并且目前被广泛采用的改进的诱骗态方案在窃听检测环节存在明显的缺陷,不可能是一个具有理想安全特性的解决方案。文中对诱骗态量子密钥分发系统的安全性漏洞与缺陷进行了分析和评论。     

基于压缩光源的无需监控信号干扰的量子密钥分发

量子密钥分发可以为通信双方提供无条件安全的密钥。提出使用压缩光源的无需监控信号干扰的量子密钥分发协议。该协议通过在接收端对量子信号进行循环移位并测量任意2个量子信号的相位差来实现量子密钥分发,不仅可以产生安全密钥,而且不需要监控信号干扰,降低实现的复杂度。此外,仅使用2种强度的诱骗态去估计安全密钥生成率。实验结果表明:所提出的协议可以极大地提高安全密钥率,并增大传输距离。此外,仅使用2种强度的诱骗态也可以获得接近使用无穷个诱骗态的结果。     

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.     

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。     

基于单粒子态的双向认证多方量子密钥分发

量子密钥分发是一种重要的量子通信方式.为了提高量子密钥分发的可行性、安全性和效率,提出了一种基于单粒子态的具有双向认证功能的多方量子密钥分发协议.在协议中,量子网络中的任意两个用户均可在半可信第三方的帮助下进行双向认证并共享一个安全的会话密钥;协议中作为量子信息载体的粒子不需要存储,这在当前技术下更容易实现.安全性分析表明所提出协议在理论上是安全的.     

角度估计辅助量子密钥分发的毫米波大规模MIMO系统安全传输方案

毫米波大规模多输入多输出（multiple input multiple output ,MIMO）技术是第五代移动通信的关键技术之一,能够同时服务于多用户,显著提高系统吞吐量,但数据高速传输的同时,会面临很多安全威胁,容易受到攻击。现有的安全传输方案通常采用经典加密算法来保障通信安全,其安全性基于算法的计算复杂度,无法察觉窃听。量子密钥分发基于量子力学基本原理使通信双方产生并分享一个随机密钥,且一旦有第三方试图窃听则通信双方便会察觉,因此具有更高的安全性。本文提出一种基于量子密钥分发的毫米波大规模MIMO系统安全传输方案,同时用角度估计的方法产生参考序列作为量子密钥分发选择量子基的依据,既利用量子态的特性保证了通信系统的安全,又利用了毫米波MIMO通信系统的信号角度信息以提高密钥效率。实验结果表明,本文所提利用角度信息的方案相较于直接利用量子密钥分发,在充分保障系统通信安全的同时,密钥生成效率也有显著提升。      

基于BP神经网络的经典-量子信号共纤同传系统参数预测

光纤量子密钥分发的应用推广取决于与现有光网络的兼容性,而利用波分复用技术将经典数据和量子信号进行共纤传输兼备安全性、经济性和实用性等优势。针对经典-量子信号共纤同传系统中信号态平均光子数、诱骗态种类数量等参数最优取值处理困难、运行速度缓慢等影响其实用化的突出问题,建模分析了主要噪声成分,并在考虑统计波动影响下对有限长效应和诱骗态方法进行了评估。进而利用原始信号数据集对反向传播(BP)神经网络进行训练,以实现不同信道噪声条件下的信号态平均光子数等系统参数的预测。结果表明,该网络输出的预测平均光子数取值与原始曲线取值结果基本一致,训练误差小于10^-3。该网络可作为一种有效模型用于实用化诱骗态经典-量子共纤同传系统参数预测,对量子保密通信向着高速率、大容量、智能化发展具有潜在的应用价值。     

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。     

基于W态与Bell态纠缠的QDKD方案

为了提高密钥分发效率,利用量子密集编码的原理设计了一种基于W态和Bell态纠缠的量子确定性密钥分发方案(Quantum Deterministic Key Distribution, QDKD)。方案中,消息发送者Alice通过对持有粒子实施幺正操作实现确定性密钥的编码,接收方Bob利用粒子间联合测量获得确定性密钥。除去用于窃听检测的粒子,制备的粒子全部用于消息传输,每发送5个粒子可以实现5bits确定性密钥的分发。最后,利用信息论方法对方案进行安全性分析,结果表明,方案是安全可靠的,任何窃听行为能够被及时发现。     

点到多点量子密钥分配扩展研究

对两种点到多点量子密钥分配系统的密钥生成效率和传输距离进行了分析,讨论了系统的参数选取对它们的影响.分析了诱惑态技术对这两种多用户系统的传输距离及密钥生成效率的影响,数据表明,结合诱惑态技术,可以将密钥传输距离扩展为原来的2倍,以及将量子密钥分发效率提高1个数量级.对点到多点系统进行了功能扩展研究,提出了可实现任意两用户间密钥共享的协议.该协议无需其它的硬件要求,易于实现.     

A universal quantum key distribution method

Combining heralded pair coherent state(HPCS) with passive decoy-state idea,a new method is presented for quantum key distribution(QKD).The weak coherent source(WCS) and heralded single photon source(HSPS) are the most common photon sources for state-of-the-art QKD.However,there is a prominent crossover between the maximum secure distance and the secure key generation rate if these two sources are applied in a practical decoy-state QKD.The method in this paper does not prepare decoy states actively.Therefore,it uses the same experimental setup as the conventional protocol,and there is no need for a hardware change,so its implementation is very easy.Furthermore,the method can obtain a longer secure transmission distance,and its key generation rate is higher than that of the passive decoy-state method with WCS or HSPS in the whole secure transmission distance.Thus,the limitation of the mentioned photo sources for QKD is broken through.So the method is universal in performance and implementation.     

用国产光纤器件为量子密钥传送建立网络

量子密钥传产达可以从根本上解决密钥传送,分配过程中的安全问题,其安全发现上物理学的基本原理来保证。光纤信道是目前除了自由空间艰外唯一能够实用的量子信道。本文提出了一个用通用国产光纤通信器件建立量子密钥收发单元的实用方案,并用此收发单元建立了点对点的光纤量子信道和一对多的光纤量子密钥网络。实测此收发单元完全达到设计要求。     

量子密钥分发技术的机遇与挑战

量子密钥分发（QKD,quantum key distribution）具有理想的理论安全性,近十年来得到了快速发展.但是,理论上被证明完美的技术并不意味着一定能够实现完美的应用.一方面,越来越多的研究表明,旁路攻击将是QKD系统的一个主要威胁,而且针对实际QKD系统的旁路攻击才刚刚开始.另一方面,由于量子信号的传输不像经典电磁波那样具有很大的灵活性,致使QKD很难与传统通信网络进行无缝对接,也很难在广域网中得到广泛作用.另外,QKD也不能解决身份识别和数据存储安全等问题.因此,构建一个完善的QKD系统安全及其测评体系将是QKD得到实际应用的重要因素,而构建一个完善的抗量子计算的新型密码理论体系将是确保未来信息安全的关键.     

量子通信的安全性分析

目前量子密钥分发（QKD）已成为量子通信应用研究的一个主要方向,越来越多的研究证明,一些QKD协议具有完全保密性,但是能由此得到量子密码系统甚至量子通信是完全保密的结论吗？量子通信保密还需要量子加解密技术吗？论文重点对量子通信安全性和量子通信保密的解决方案进行了详细分析和探讨。     

只用两个量子态的星型量子密钥网络方案

要建立一个安全的保密通信通道,关键就是密钥管理。传统的密钥管理并不能完全解决安全问题,量子密码技术却可以从根本上解决这个问题。本文从实用的角度提出一个基于无源光学网络环境中建立量子密钥的实用方案,这个方法可以由一个网络控制者在一个星型网络上和多个网络用户分别建立、更新密钥。为节约量子探测设备,和通常用四个量子态的保密通信方案相比,这个方案只用了两个量子态。本文还分析了在网络的各个位置上存在窃听时网络的安全性能。     

量子保密通信网络架构及移动化应用方案

作为新一次量子革命中率先实用化的代表性技术,量子密钥分发（quantum key distribution,QKD）为信息安全领域带来了有望实现长期安全性保障的可行方案,近年来从协议设计、技术研发、网络部署到实际应用都取得了长足的进步。首先探讨了将点对点QKD技术扩展到多用户量子保密通信网络的架构设计;进一步,结合经典密码学方案,提出将QKD生成的量子密钥在移动终端侧应用的增强解决方案,使得QKD技术可应用于更广泛的移动化场景。     

Overview of quantum key distribution metropolitan optical networking technology

Quantum key distribution is a basic implementation technology of quantum communication,which provides a secure key distribution method.With the maturity and development of point-to-point quantum key distribution technology,multi-point to multi-point quantum key distribution networking has become a trend of development in the future.How to construct a multi-point to multi-point quantum key distribution network is currently urgent problem.The architecture of QKD-MON was proposed,the key problems and corresponding strategies in QKD-MON were discussed,the applications of QKD-MON in various scenes were studied,and finally the future development direction and challenges were discussed.The QKD network architecture proposed can efficiently implement QKD between multiple points and provide key resources for the customer flexibly.     

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.     

量子密码系统中常用量子信号的产生方法

量子密钥分配是量子密码学最成功的应用.如何产生高效的量子信号,是量子密钥分配系统安全运行的关键.文中简要介绍了量子信号的概念,给出了几种产生量子信号的常用方法,并简要分析了这些信号应用于量子密钥分配的可行性.