一种基于有限密钥和诱骗态的双场量子密钥分发协议

量子保密通信技术为电力业务数据传输提供端到端的信息安全保障,双场量子密钥分发(Twin-field Quantum Key Distribution, TF-QKD)可实现无量子中继器的远程安全通信,但其安全性是基于无限密钥的假设。为解决现实场景中量子密钥有限和光子源不稳定的情形,提出一种基于有限密钥和诱骗态的双场量子密钥分发协议。在协议中采用诱骗态法和无替换的随机抽样法估计相位错误率,并利用Azuma不等式对协议进行安全性分析,验证了在不稳定光子源强度波动下协议的可组合安全性。数值模拟表明所提协议在不稳定光子源强度波动下得到的秘密密钥率可以超过线性密钥率的界线,且当信号脉冲数量较小时,强度波动对协议密钥率有显著影响。     

基于纠缠的BB84协议仿真研究

将传统的量子密钥分发协议与纠缠光子对的纠缠特性相结合,提出了一种改进的BB84协议--基于纠缠的BB84协议.为了考察该协议的可行性,利用量子计算语言分别针对协议的正确性和安全性进行了仿真验证,并进一步考察衰落信道对协议工作的影响.仿真结果显示:理想情况下,协议安全工作时密钥生成效率为14/30,接近理论值50%;在存在第三方窃听时,其密钥生成效率仅为5/30,远远小于50%,由此通信双方可以判断出第三方窃听存在.由于信道衰落的影响,实际密钥生成效率远远低于理论值.得出结论:基于纠缠的BB84协议也是绝对安全可靠、切实可行的量子密钥分发协议;为提高密钥生成效率,应尽量减小信道衰落.最后,对协议的应用进行了展望.     

北京量子院世界首创量子密钥分发新架构实现615公里光纤量子密钥分发北大核心CSCD

利用光频梳技术,北京量子信息科学研究院(简称北京量子院)首席科学家袁之良团队在世界上首次实现开放式架构双场量子密钥分发系统,完成615公里光纤量子密钥分发实验,相当于可在北京与青岛之间搭起一座密钥分发“安全桥”。新型开放式架构设计更加简洁,能极大节约系统建设成本,助力未来实现在城市间拨打“量子语音电话”。相关研究成果近日发表于《自然-通讯》。     

基于BB84的多用户量子密钥分发协议

BB84协议是目前最接近实用化的量子密钥分发(QKD)协议。点对点的量子密钥分发系统已经可以商用,但现有的多用户量子密钥分发协议都是采用量子纠缠、量子存储等技术手段进行密钥分发,在现有的技术条件下只能停留在理论阶段,离工程应用还有较长的距离。该文提出了一种基于BB84的多用户量子密钥分发协议,将计算机通信技术应用到量子保密通信中,实现一对多的量子通信网络的量子密钥分发,并从理论和实验结果两方面分析其可行性。     

量子计算机对现代密码学的冲击与应对策略

本文深入研究量子计算机对现代密码学的威胁,特别关注量子密钥分发作为应对策略的原理与应用,分析量子计算机的潜在影响,以及量子密钥分发在保护通信链路和加密通信内容方面的实际应用。通过量子通信通道,该方案有效抵御了格罗弗（Grover）算法和中间人攻击,相对于传统方法表现出独特的安全优势。量子密钥分发为未来量子通信奠定了可靠的安全基础。     

连续变量量子密钥分发协商过程的优化实现

连续变量量子密钥分发中的协商效率一直是限制安全密钥分发速率的主要因素,而协商效率的高低取决于所用算法的计算复杂度.文中分别对连续变量协商过程的两个主要方面区间划分方法和比特判断函数进行优化,采用Gauss近似明显提高了最优区间划分迭代算法的收敛速度,设计了高效的判断函数作为主流比特判断算法-SEC(sliced error correction)算法的估计器,明显降低了计算复杂度,极大地简化了协商算法的核心问题,提高了连续变量协商过程的效率,进而提高了连续变量安全密钥分发速率.     

基于量子随机数发生器的量子密钥分发系统

量子随机数发生器能够产生不可预测的真随机数，可以解决随机数安全问题。在F-M系统的基础上，结合基于光子到达时间的量子随机数发生器实现方案，设计一种基于量子随机数发生器的量子密钥分发系统。该系统相比于F-M系统具有更高的随机数安全性，能够进一步提高智能电网中测控信息的安全性。     

一种密钥分配方案在PPV条件接收系统中的应用

条件接收是实现PPV业务的重要技术,而其中的密钥分发效率和安全性又是影响条件接收系统性能的关键因素。文章在基于四层密钥分配方案的基础上,提出了平衡树分层模型及相应密钥分发方法,该方法具有最优的密钥分发效率。     

量子密钥分发光源时序校准系统设计

针对量子密钥分发终端设备中八路量子态光信号在设备出口处存在固有时间偏差的问题,设计了一套以TDC-GPX为核心的量子密钥分发光源时序校准系统。系统对量子态光信号进行光电转换、信号调理,使用高精度时间间隔测量芯片TDC-GPX分时对调理后的脉冲电信号进行采集,并通过FPGA进行数据处理,调整八路光信号的发光时间,使其满足在时间上的不可分辨性。测试结果表明,系统测量精度小于80 ps,用于实际量子密钥分发待校准设备中的校准性能良好,满足校准要求。     

北京大学郭弘团队在经典兼容的数字化量子密钥分发中取得突破北大核心CSCD

3月24日,北京大学电子学院郭弘教授领导的北京大学-北京邮电大学联合研究团队在连续变量量子密钥分发研究方面取得突破性进展,完成了数字信号处理技术应用于连续变量量子密钥分发的安全性证明,该结果为构建兼容经典相干光通信信号处理算法的数字化量子密钥分发提供了有力的支撑。相关成果在线发表于自然出版社旗下的国际学术期刊npj Quantum Information。     

量子密钥分发误码协调算法分析

误码消除是量子密钥分发过程的关键技术之一。分析了奇偶-汉明单向函数纠错算法的原理,给出了对原始量子密钥进行误码协调的步骤及表达式,对这种算法的纠错能力进行了理论和实验分析。结果显示,当原始密钥误码率为11%时,利用该纠错技术能够完全消除误码,且最终密钥生成效率与密钥的原始误码率直接相关。     

星地量子密钥分发中的数据协调方法

量子密钥分发是基于量子物理基本定律来确保通信双方的安全性。低交互次数的数据协调是星地量子密钥分发数据后处理阶段的关键,依据星地量子密钥分发中数据协调的特性和要求,提出一种基于Turbo码的星地量子密钥分发数据协调模型。该模型重新修改和设计Turbo码的编解码模型及其译码算法,可解决星地量子密钥分发的数据协调过程需多次信息交互的问题。仿真结果表明,经过一定的迭代次数后,Turbo码可完成不同误码率下密钥的数据协调。     

双场量子密钥分发协议的相位离散化分析

双场量子密钥分发协议（TF-QKD）的提出,突破性地将密钥速率改善为与信道透过率的平方根相关,可以在没有量子中继器的情况下克服密钥速率容量界。在传统的TF-QKD协议中,需要相干光源所添加的随机相位是连续的。然而在现实条件中,这样的假设经常无法满足,由此会降低协议的实际安全性。针对此问题提出了一种在测试模式和编码模式下具有随机相位离散化特征的TF-QKD协议,并使用了离散随机相位情况下的诱骗态方法进行分析。仿真结果表明,只需要少量的离散相位,随机相位离散化TF-QKD协议的密钥速率也可以超过密钥速率容量界,从而为TF-QKD协议的实际应用提供参考。     

基于Bell态与其纠缠性质的量子密钥分发

为了提高量子密钥分发的可行性、安全性和效率,在通信双方间通过构建经典信道和量子信道,提出了一种基于Bell态与其纠缠性质的量子密钥分发协议.该协议可行、安全、简单有效,通过严格的数学推导证明了窃听者不可能获取密钥而不被发现.此外,得出了该协议效率与安全的数学模型,并通过MATLAB仿真分析了协议效率与安全的关系.     

基于BB84协议的空间量子通信系统

我们分析了基于BB84协议的空间量子通信系统.该系统使用大气量子信道,以因特网为经典信道.讨论了光子与大气的相互作用,利用量子计算语言对大气信道中的量子密钥分配进行了仿真.将用于量子计算仿真的语言引入量子通信的研究中,讨论了单光子脉冲系统与纠缠光子对系统的特点,分析了全球量子通信系统的可行性.     

新量子技术时代下的信息安全

量子技术将在未来深刻影响密码学以及信息安全行业。可以利用上千个量子比特运行量子算法的通用量子计算机将直接威胁信息安全基础算法,导致当前广泛使用的RSA等公钥密码被破解,也会使分组密码算法的密码强度减半。量子通信中量子密钥分发的实施会改变传统保密通信的物理结构。这些重大 应用价值也是发展量子技术的驱动力。结合当前一些关于量子技术的热点新闻,从量子计算和量子通信两个方面分别综述了量子技术对信息安全技术的影响。同时简要介绍了这些技术的最新发展现状,包括通用型和专用型量子计算机的发展、量子密钥分发技术实验室环境的进展以及天地一体化量子通信网络的发展状况等。最后对信息安全技术的未来形态做了思考和总结。未来量子技术将会与现有各种技术深度融合,共同存在。     

具有少量参与者的分层量子密钥分发协议

分层量子密钥分发在量子通信中有重要作用,除了使用EPR与GHZ态可实现分层量子密钥分发,非对称高维多粒子纠缠也为解决分层量子密钥分发提供了一种新思路,这种方法在量子信道使用次数上比传统的使用二部链路的量子密钥分发更有效.介绍了3用户在同构意义下的5种分层密钥结构,并给出4、5用户的可分区分层密钥结构.然后对于所介绍的各类分层密钥结构,通过将上述两种方法进行对比,得到实现各类密钥结构理想化密钥率最高的方案.当量子网络用户大于3且密钥结构可分区时,证明仅使用EPR与GHZ态就可实现各层理想化密钥率是1,并以4、5用户的可分区分层密钥结构为例展开说明.     

单光子捕获概率仿真计算方法的研究

星地量子密钥分配的保密性在全球信息的安全传递方面将起巨大作用.本文采用蒙塔卡洛方法对星地量子密钥实验进行仿真,主要研究同步激光脉冲和单光子在大气中的传输,探讨在大气环境的作用下单光子探测系统开门持续时间和开门精度对单光子捕获概率的影响,该结果对量子密钥试验系统的设计提供重要的参考和依据.     

保障内容安全的量子密钥应用综述

从保障内容安全的角度出发,量子密钥能够实现无条件安全的保密通信,将其用于密码应用程序,可以极大程度地提高程序的安全性。结合目前量子密钥实际应用较少的现状,介绍保障内容安全的加密方式,同时对比分析量子密钥与传统密钥的特点,得出量子密钥比传统密钥更具优势的结论。在此基础上,阐述量子密钥分发网络的相关研究,分析量子密钥资源特点,阐述现有应用场景及应用方法,并对未来研究方向进行展望,针对量子密钥在通信协议、应用软件、硬件设备和密码资源改造等方面的应用给出合理建议。     

量子密码技术现状及云安全应用展望

随着量子通信技术的快速发展，以量子密钥分发为核心的量子密码体系日趋成熟，量子密码技术因其安全优势已成为信息安全领域研究的重点方向。本文研究了量子密码技术的发展现状，针对量子密码技术在云计算安全中的应用进行了展望，提出了量子云密码体系、分布式量子安全云、基于量子密钥的云安全控制三个应用思路，对构建基于量子密码技术的新型云安全体系具有积极指导意义。