自由空间量子通信系统研究

提出了一种用于自由空间的量子通信实验系统．该系统由两个子系统组成,分别使用衰减激光作为单光子源和纠缠光子对作为光源,可以分别研究单光子脉冲系统与纠缠光子对系统的大气传输特性,并进行了两种自由空间量子通信方式的性能对比分析．结果表明,低层大气对量子通信的影响较大,单光子脉冲系统的量子密钥传输率较高．     

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。     

实用化的量子密钥分配方案研究

讨论了量子比特分配、量子纠错码、劈裂光子数攻击以及信息浓缩,指出了影响安全密钥产生效率的关键因素是量子比特错误以及劈裂光子数攻击.     

泊松分布单光子源的光束分离器窃听模型

针对低轨卫星-地面站间量子密钥分配的光束分离器窃听问题,分析了泊松分布单光子源,建立了量子比特率理论模型,给出了光束分离器窃听中窃听率的表达式.从而分析了低轨卫星-地面站间量子密钥分配的光束分离器窃听问题.结果表明,对于低轨卫星-地面站间链路,每个脉冲平均光子数可以取最优值,窃听率在10-4量级.通过数据纠错和保密加强,可以使得窃听者所获得的密钥信息量降低到1比特以下.这说明,在低轨卫星-地面站间进行量子密钥分配是可行的,在保证系统具有很高量子比特率的同时,量子密钥分配仍然是安全的.     

时间调制量子木马窃听方案

研究了经典Bob量子密钥分配协议的安全性.提出了一种针对该协议的量子木马窃听方案——时间调制量子木马窃听方案.该窃听方案可以有效窃听通讯者的信息,并且不被发现.在此基础上,通过旋转单光子探测器,就可以有效防止时间调制量子木马窃听,从而提高了协议的安全性.     

标记光源的量子密钥分配方案

研究了基于实际系统的量子密钥分配协议.在使用纠缠的基础之上,提出了一种使用光子数可分辨探测器的标记单光子光源的量子密钥分配方案.分析和计算结果表明,该方案不仅可以增加安全通讯的距离,而且可以有效降低对实验技术的要求.     

自由空间量子通信的光子偏振研究

自由空间量子通信是实现全球量子通信网络的最佳方式之一. 在自由空间量子通信过程中,广泛采用光子偏振态进行信息的编码和通信,要求光子偏振态必须保持一致. 综述了影响自由空间量子通信光子偏振的5种因素,分析了它们对光子偏振态影响的物理机制及研究方法,对自由空间量子通信的光子偏振变化规律及其补偿机制的研究具有重要的借鉴意义.     

偏振模色散对量子密钥分发影响分析

受偏振模色散的影响,单光子偏振态在光纤传输过程中会发生随机缓变,从而在接收端引起误码增加．为保证密钥分发的顺利进行,必须有一种精确的偏振角旋转测量方法,以便对发送偏振态进行预校正．论文将双平衡探测结构引入BB84模型中,利用半正定算子值测量建立了接收端在偏振模影响下的误码率模型．其中双平衡结构利用Wollaston棱镜检测偏转角,并用双路输出消除探测器误差带来的影响,可使分辨率提高到0.1°．利用误码率模型计算表明,这种新的密钥分发方法可将误码率降低至3.05×10^-6．     

一种可提高安全通信距离的诱骗态量子密钥分发方案

为提高量子通信安全通信距离,提出一种将修正的相干光(MCS)用于诱骗态量子密钥分发的方案．通过削除弱相干光源中的两光子脉冲,降低多光子脉冲的影响,从而提高安全通信距离．理论分析得到了采用MCS后的单光子计数率和误码率的数学表达式．仿真结果表明,在相同的密钥产生率下,此方案将量子通信的安全通信距离提高约10％,接近完美诱骗态方案的安全通信距离．     

一种基于量子密钥与混沌映射的图像加密新方法

依据量子密钥分配协议具有可证明的安全性及混沌序列的伪随机性,提出一种基于量子密钥与混沌映射相结合的图像加密新方法。根据BB84协议获得初始量子密钥,采用数据协商方式对初始密钥进行纠错,再将所得量子密钥与Logistic混沌序列相融合,生成最终的密钥流,以此对图像像素值通过异或运算进行置换实现图像加密。仿真结果与分析表明:本文方法在保证密钥传输安全性的同时,可以更为有效地掩盖图像的统计信息、抵御明文攻击;密钥流对于初始参数具有高敏感性。     

概率致盲攻击模型下被动诱骗态量子密钥分发安全性分析

在量子密钥分发(QKD)系统实现的过程中,非理想的器件会使整个系统的安全存在一定隐患,比如攻击者可以针对非理想的单光子探测器发起致盲攻击,通常通过监测电流以发现致盲攻击.针对这一防御策略,人们又提出了概率致盲攻击,在不引起系统电流明显改变的前提下窃取部分密钥信息.诱骗态方案是现在QKD系统中普遍使用的方案,其中被动诱骗...     

量子密钥分发网络的多路径密钥传输方法研究

为了有效提高量子密钥分发(QKD)网络中保密通信的安全性和效率,该文提出了一种多路径密钥传输方法。首先,根据节点对链路的贡献率和密钥新鲜度计算链路成本函数;然后,采用基于最小堆优化的多路径选择算法选择多条最优路径;最后,采用密钥分块传输形式实现密钥在多条最优路径上的同时传输。对比结果表明多路径密钥传输方法具有更高的安全性和传输效率。     

一种量子密钥分发和身份认证协议

提出了一种基于量子纠缠态和非正交态的密钥分发及身份认证协议.其中纠缠态粒子用来分发密钥,非正交态粒子用来认证身份和检测量子信息有无被窃听.两者用"按密钥穿插"的方法混合在一起进行传输.由于非正交态粒子的双重作用,不但使得认证过程中不必传递经典信息,而且提高了密钥分发效率.另外此协议同时完成了密钥分发和身份认证,有效防止了以往所提出的协议中可能存在的假冒问题.     

基于回溯的QKD网络随机路由选择算法研究

为了解决已有的基于信任中继的QKD网络路由方案存在的密钥浪费、传输效率低下等问题,该文针对已有的路由算法进行改进,提出了一种基于回溯的随机路由算法.该算法在选路过程中对每个分支添加回溯点,针对已选路径传输过程中遇到某条链路密钥量不足的情况,通过查找最近的回溯点,从回溯点开始沿着随机选择的新路径重新进行密钥传递.对比实验...     

基于密钥位协商的多路径量子密钥协商技术研究

提出了在多路径、多用户QKD网络环境中利用密钥位协商技术在任意两个QKD节点之间进行量子密钥协商的安全机制。采用基于密钥位协商的多路径量子密钥协商技术,入侵者如果要获取两个QKD节点之间的最终会话密钥,将不得不侵入网络中的所有中继设备并截获所有可能路径上的信息。分析结果表明,该方法使得网络中任意两个QKD节点之间的密钥协商安全性均得到较大提高。     

一种新的双模态光源诱骗态量子密钥分配方案

提出了一种新的基于双模态光源的被动诱骗态量子密钥分配通用方案.作为双模态之一的标记态,在发端经过分束和检测后获得4类探测结果,据此,将作为信号态的另一模式分成4个非空脉冲集合,从而利用这4类脉冲进行参数估计和密钥提取.同时,基于预报单光子源和标记配对相干态光源对此方案展开了性能分析,讨论了发端探测器不同探测效率对系统性能的影响,并对实际系统进行了统计波动分析.仿真结果表明:方案性能在误码率和安全传输距离(可达198.6 km)方面都优于现有基于不同光源的3强度诱骗态量子密钥分配方案;采用标记配对相干态光源的各方面性能均优于采用预报单光子源;密钥生成率随发端探测效率的增大而增大;考虑统计波动时,标记配对相干态光源的有效性也要优于预报单光子源,且其数据长度为109时,此方案最大安全距离达到164 km;此方案仅需使用单一强度脉冲,在降低调制光源实现难度的同时又提升了系统性能,对QKD系统的工程实现具有一定的参考价值.     

云边协同光量子物联网架构及资源分配

在物联网(IoT)技术领域,通过云计算与边缘计算的协同,构建云边协同IoT可以显著减少核心网络中的流量负载以及IoT业务的服务时延。然而,传统密码学技术无法抗衡量子计算机的攻击,IoT的数据传输安全倍受威胁。量子密钥分发技术的应用,能够增强云边协同IoT安全能力。为了提升云边协同IoT的安全,基于量子密钥分发设计了一种云边协同光量子IoT安全体系架构,以及内嵌量子密钥服务的IoT网关模型与工作流程。同时,在该架构下,为了承载IoT业务并为其分发密钥,提出了面向业务密钥需求的节点密钥供应能力属性,以及节点密钥供应能力感知的密钥资源分配方法。仿真实验结果在密钥供应成功率、业务平均密钥消耗量和网络密钥利用率方面验证了所提方法的性能。与对比方法相比,所提方法能够显著提升密钥供应成功率。     

基于QKD的组密钥服务协议研究

针对视频会议、网络游戏、股市交易等动态群组通信模型对量子组密钥提出的应用需求,在分析QKD网络组播结构的基础上,提出了一种基于QKD的组密钥服务协议。重点研究该服务协议的关键技术,并对协议的安全性进行了分析。