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。     

诱骗态量子密钥分发系统中的隐蔽欺骗方法

在应用环境可信的情况下,诱骗态量子密钥分发系统具有明确的安全性架构.但是,在不可信的应用环境中,通信一方可以利用诱骗态量子密钥分发系统为第三方隐蔽地窃听开启方便之门.这种不暴露自己的泄密行为是一种隐蔽欺骗.诱骗态量子密钥分发系统具有一定的冗余系统参数（比如接收端设备对光信号的波长和强度的细微变化不敏感,但是系统安全性与这些参数密切相关）,不可信终端通过改变不同信号光脉冲的波长或强度,将为窃听者成功进行基于波分复用或分束攻击的隐蔽窃听提供可能性.这种隐蔽欺骗将直接破坏通信终端之间的信任关系,进而导致通信过程保密性的不可信,这给量子通信系统终端的可信性和安全性提出了一定的挑战.     

应用诱骗态的光子轨道角动量测量设备无关量子密钥分发协议的研究

轨道角动量作为量子信息的一种载体,可应用于测量设备无关量子密钥分发协议中,来消除发送端和接收端间的基校准。诱骗态技术可以消除量子密钥分发协议采用弱相干光源时易被分裂攻击的缺陷。本文将轨道角动量态、测量设备无关方案和诱骗态方案相结合,设计一种基于高效轨道角动量分离方法的诱骗态光子轨道角动量测量设备无关量子密钥分发协议方案,避免了极化方案中对极化基的依赖性缺陷,提高了密钥速率,本文给出了该方案密钥速率的理论推导,并分别对采用无限个诱骗态和两个诱骗态时该方案密钥速率进行了仿真。研究结果表明,在相同条件下,基于轨道角动量的MDI QKD协议方案比极化方案密钥速率更高。      

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。     

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GHZ态纠缠交换的量子确定性密钥分发方案

为了提高确定性密钥分发效率,提出了基于GHZ态纠缠交换的量子确定性密钥分发(Quantum deterministic key distribution,QDKD)方案,方案充分利用量子力学纠缠交换的原理,通信双方通过共享一对GHZ粒子态,在纠缠、测量操作后接收者Bob可根据发送者Alice发送的经典信息推断出确定密钥,该协议与其他基于GHZ纠缠态的QDKD方案不同之处在于,使用的两个GHZ粒子态制备操作且粒子分发操作由Bob完成,安全分析表明窃听者的窃听行为会被及时发现。所提出的方案是高效的,除去用于窃听检测的粒子,所剩的粒子全部用于信息传输,能够达到60%的密钥分发效率,且方案可操作性强.     

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.     

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...     

一种相位编码、偏振检测的量子密钥分发系统

一种基于迈克耳逊干涉仪的单向量子密钥分发系统,采用法拉第旋转镜和四端口偏振分束器的组合,消除了光纤及光学器件的双折射效应,具有自稳定特性.信息编码在光子的相位上,通过检测光子的偏振进而解码出信息.以中心波长1310 nm的单光子脉冲,在50 km的干线光纤中获得了30 dB的消光比.     

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.     

带身份认证的四量子纠缠量子密钥分发协议

提出了采用四量子纠缠系统通过局域变换得到的一组相互正交的纠缠量子态,利用粒子间的正交性来同时完成身份证与密钥分发.正交态的一部分用于传送身份认证信息,另外一部分用于密钥分发.身份认证信息穿插于密钥序列中可有效防止中间人攻击.而且用计算机做仿真试验并与B92协议进行了比较.