诱惑态下相位差分量子密钥分发效率分析

讨论基于微弱相干脉冲的相位差分量子密钥分发系统,综合分析系统的安全性问题,给出了密钥生成效率表达式.分析诱惑态对相位差分量子密钥分发系统安全性的影响,并给出了结合诱惑态后的密钥生成效率表达式.结果表明,结合诱惑态的相位差分量子密钥分发过程不再受到分光子攻击和序列攻击的威胁,其密钥分发效率与Hoi-Kwong等人提出的诱惑态的表述结果一致.实验数据显示,结合诱惑态后的相位差分系统,其安全传输距离得到了进一步提高,量子密钥分发效率提高了约1个数量级.     

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。     

基于BBM92协议的量子密钥分发系统改进方案

目前量子密钥分发所面临的最主要问题是如何实现高码率、远距离的量子密钥传输。为提高量子保密通信系统量子密钥生成的速率,将双探测器量子密钥分发方案应用于BBM92协议,并分别在理想纠缠光源,和参量下转换纠缠光源两种情况下进行了数值仿真。对系统性能进行对比后得出：在BBM92协议中利用双探测器,量子密钥分发系统的密钥生成率明显高于单探测器系统,而误码率大幅度低于单探测器系统。理想光源情况下传输距离可扩展到300km,参量下转换光源的情况下,传输距离也可达250km。     

基于波分复用技术的测量设备无关量子密钥分发

基于诱骗态MDI-QKD协议,提出了一种使用波分复用技术(WDM)的MDI-QKD协议.通信双方Alice和Bob同时发送不同波长的多路信号,通过光复用器将多路信号合并,由单根光纤进行长距离传输.第三方Charlie通过光解复用器将多路合成信号分开,分别对每一路进行贝尔态测量.理论分析结果表明协议的密钥生成率与传输距离、复用路数及平均光子数目有关;数值仿真结果表明在不增加系统传输设备的前提下,该协议极大提高了系统的密钥生成率.当传输距离为150 km,单路的密钥生成率为0.17 Mbps,20路、40路复用的密钥生成率分别可达3.34 Mbps、6.68 Mbps.     

基于指示单光子源和轨道角动量的密钥分配协议的波动分析

针对基于指示单光子源的测量设备无关量子密钥分配协议存在基的依赖性问题和信源统计波动问题,研究了基于服从泊松分布的指示单光子源和轨道角动量的量子密钥分配协议,并进行了统计波动分析。分析了对称信道和非对称信道下,该协议的单边传输效率、密钥生成速率与安全传输距离的关系,模拟了信源的统计波动对该协议密钥生成速率和传输距离的影响。仿真结果表明,应用轨道角动量编码解决了该协议基的依赖性问题,提高了密钥生成速率和安全传输距离。统计波动对该协议密钥生成速率的影响随着传输距离的增大而扩大,在脉冲数量相同时,非对称信道下的密钥生成速率、安全传输距离大于对称信道下的。     

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。     

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。     

面向城域接入的连续变量量子密钥分发技术

相干态连续变量量子密钥分发技术是量子保密通信的重要手段,其通过制备、传输和测量高斯调制或离散调制的相干态来实现具有理论无条件安全性的密钥提取,具有与经典光通信产业兼容性高、中短传输距离下安全码率高、可支持点对多点密钥分发等优势,适合在城域和接入网中大规模部署。调研综述了连续变量量子密钥分发技术的协议、安全性理论、系统化与网络化发展现状,针对城域网和接入网应用场景下的连续变量量子密钥分发关键技术进行了梳理,并对连续变量量子密钥分发技术未来发展趋势进行了展望。     

基于QKD量子密钥扩展的方法研究

目前量子密钥分发所面临的最主要问题是如何实现远距离、高码率量子密钥传输.为提高量子保密通信系统量子密钥生成的速率,提出一种反射和位移相结合的技术对已有的码率较低的量子密钥进行扩展处理,提高量子密钥库的容量.实验结果表明,采用反射技术和位移技术不但能有效地扩展量子密钥随机序列,同时可以保持良好的随机性,是一种扩展量子密钥库的有效方法.     

基于指示单光子源和量子存储的量子密钥分配

提出一种基于指示单光子源和量子存储的量子密钥分配方案。分析了其密钥生成率与安全传输距离和量子存储时间的关系,以及量子存储的退相干效应对最终密钥生成率的影响。研究了量子存储对基于指示单光子源的测量设备无关量子密钥分配方案的影响。仿真结果表明,在指示单光子源下,量子存储的实际相干时间增加,使得系统的安全传输距离增大,且量子退相干效应对最终的密钥生成率的影响微弱。     

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.     

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.     

开放型量子保密通信系统架构及共纤传输技术研究与实验

量子保密通信因其具有理论上的无条件安全性,在国防、金融、政务、商业等领域的应用潜力巨大,同时也对通信网络提出了一定的要求。在研究量子保密通信的基础上,提出了开放型量子保密通信的系统架构;同时为了更好地与现有通信系统融合,提出了一种量子密钥分发（QKD）系统与大容量光通信系统共纤传输方案,并通过实验验证了QKD系统和80×100 Gbit/s DWDM系统共纤传输的可行性,在超过100 km共纤（G.654超低损光纤）传输条件下同时实现了QKD成码率超1 kbit/s和8 Tbit/s DWDM系统无误码传输。     

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.     

Impact of Fiber Dispersion on Performance of Entanglement-Based Dispersive Optics Quantum Key Distribution

Dispersive optics quantum key distribution (DO-QKD) based on energy-time entangled photon pairs is an important QKD scheme. In DO-QKD, the arrival time of photons is used in key generation and security analysis, which would be greatly affected by fiber dispersion. In this work, we establish a theoretical model of the entanglement-based DO-QKD system, considering the protocol, physical processes (such as fiber transmission and single-photon detection), and the analysis of security tests. Based on this theoretical model, we investigate the influence of chromatic dispersion introduced by transmission fibers on the performance of DO-QKD. By analyzing the benefits and costs of dispersion compensation, the system performance under G.652 and G.655 optical fibers are shown, respectively. The results show that dispersion compensation is unnecessary for DO-QKD systems in campus networks and even metro networks. Whereas, it is still required in DO-QKD systems with longer fiber transmission distances.     

基于FPGA的高速脉冲调制

量子密钥分发是一种能够提供物理上安全的密钥分发方式,如今以成为信息安全领域中热门研究学科,但是由于在量子密钥分发中其成码速度的限制影响了它实际应用性。提高LD驱动脉冲调制速度,可以有效地提高信号发射速度,从而加快量子密钥分发的成码速率。采用循环驱动的方法,可以在时钟频率200MHz的条件下,在FPGA中实现200MHz的脉冲调制速度。实验结果显示,采用该方案产生触发脉冲驱动LD,输出量子信号的抖动小于2ns,满足了量子密钥分发的要求。     

基于USB的量子密钥分发系统中高速数据通道的设计

提出了一种量子密钥分发(QKD,quantum key distribution)系统中高速数据通道的设计方案—基于通用串行总线(USB,universal serial bus)的数据通道。通过对QKD系统中经典信道数据带宽的分析,设计了USB数据通道方案,并通过USB的速度的测试给出合适的USB参数。实验表明,此数据通道可以适应光子发射频率为20 MHz的QKD系统,且在带宽方面有很大的余量,可以适应后续QKD系统速度提升的需求。     

量子密钥分发系统的现实无条件安全性

量子密钥分发系统由于能够提供一种物理上安全的密钥分发方式,因此成为量子信息领域的研究热点,其中如何在现实条件下保证量子密钥分发的无条件安全性是该领域的一个重要研究课题。本文从经典保密通信系统中具有完善保密性的一次一密体制出发,介绍了量子密钥分发系统的应用模型和整体保密通信系统的安全性基础,以及自量子密钥分发协议被提出以来量子密钥传输现实无条件安全性的研究进展,重点介绍了针对现实条件安全漏洞的各种类型的量子黑客攻击方案、防御方式,以及最近两年被广泛重视的与测量设备无关的量子密钥分发系统的理论和实验进展。     

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.     

Impact of fiber dispersion on the performance of entanglement-based dispersive optics quantum key distribution

Dispersive optics quantum key distribution (DO-QKD) based on energy-time entangled photon pairs is an important QKD scheme. In DO-QKD, the arrival time of photons is used in key generation and security analysis, which would be greatly affected by fiber dispersion. In this work, we established a theoretical model of the entanglement-based DO-QKD system, considering the protocol, physical processes (such as fiber transmission and single-photon detection), and the analysis of security tests. Based on this theoretical model, we investigate the influence of chromatic dispersion introduced by transmission fibers on the performance of DO-QKD. By analyzing the benefits and costs of dispersion compensation, the system performance under G.652 and G.655 optical fibers are shown, respectively. The results show that dispersion compensation is unnecessary for DO-QKD systems in campus networks and even metro networks. Whereas, it is still required in DO-QKD systems with longer fiber transmission distances.