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.     

近红外高速皮秒激光器的研制

新兴的量子密码技术对激光器提出了新的要求.为了满足要求,设计了一种高速内调制半导体激光器.利用专门设计的脉冲整形电路,将输入的触发信号经过扇出电路分成两路,分别经过延时电路产生不同的延时,利用逻辑电路将两路信号转换成窄脉冲信号,通过射频放大电路驱动激光器发光,使输出光脉冲频率达到1 GHz,脉冲宽度小于24 ps,时间抖动小于12 ps,-10 dB谱线宽度仅0.7 nm,输出光波长和功率稳定性高.所研制激光器可满足频率达1 GHz的高速量子密钥分配的需求.     

可光纤集成的相干态量子身份认证系统

报道了可光纤集成相干态量子身份认证实验系统。该系统采用偏振相干态的斯托克斯矢量作为量子信号载体,采用动态偏振控制器作为信号调制器,利用固有的相干态量子噪声保证系统的安全性。自行设计了脉冲激光驱动电路、微弱窄脉冲激光探测电路、信号同步模块,采用Socket网络通信程序在TCP/IP局域网中实现了量子保密通信所需要的经典通信。该相干态量子身份认证系统采用的运行密钥为12位,每个光脉冲包含40000个光子,传输速率达到8kbit/s,合法用户间误码率(BER)小于10-4。每传输一个比特信息,攻击者所能窃取的信息量I(Alice,Eve)<10-14bit。     

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。     

基于量子级联激光器的自由空间通信

本文展示了基于中红外量子级联激光器的自由空间通信。该系统的基本单元由一个室温下连续工作的分布反馈量子级联激光器和一个中红外探测器组成,通过该系统成功地进行了40MHz正弦波信号和载波为30MHz的调幅视频信号的传输。本研究提供了量子级联激光器用于自由空间光通信的概念性的验证。系统的最高通信频率受限于调制电路带宽,通过使用改进后的调制电路可以大大提升该通信系统的性能。     

CATV光发射机原理及应用(3)

第三章光发射机的射频激励功能电路 光发射机的任务是把从前端送来的高频电视信号变成光信号,使其能在光导纤维中传输.光发射机按照调制方式来划分有调频、调幅和数字调制等多种.目前用得最多的是多路调幅光发射机,在调幅光发射机中按照强度调制的方式不同又分为直接调制光发射机和外调制光发射机.直接调制光发射机是利用高频电视信号(将信号电流叠加到激光器的偏置电流上)来控制半导体激光器的偏流,进而控制激光器的输出光强;外调制光发射机是在激光器输出激光之后,让其通过一个外调制器,使激光的强度随多路调幅信号电压而改变.无论哪种形式的光发射机都具有射频激励单元电路,在光发射机中,射频激励功能电路是最重要的单元电路.此功能电路的好坏直接决定着光发射机的指标的优劣.鉴于目前市场上直接调制光发射机占大多数,此处RF驱动电路的介绍偏重于直接强度调制光发射机.     

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。     

一种基于DSP的高速光脉冲单选器的设计

设计了一种基于DSP的高性能脉冲单选器．重点介绍了系统的设计方案、工作原理、参数设计和特性曲线分析．该器件由光检测放大电路、脉冲峰值采样保持电路、反馈控制电路、强度调制器驱动电路和强度调制器以及DSP处理器等组成．该器件可以在外部调制信号的调制下,从脉冲激光器的输出脉冲序列中选出一个单脉冲．并实现输出消光比≥30dB,插入损耗≤7dB．     

CATV光发射机原理及应用（5）——第五章：1310nm光发射机的应用与维护

1310nm光发射机输出1310nm波长的激光，一般都采用直接强度调制技术，其核心部件是DFB激光器组件；此外，还有电源、激光器偏置电路、激光器慢起动电路、失真补偿及驱动电路、功率控制及致冷控制电路、过载保护及过驱动保护电路、光检测电路等。在直接调制光发射机中，射频信号经过RF放大，电控衰减和预失真补偿后，直接驱动激光器，使得光输出强度随着射频信号强度的变化而变化。     

CATV光网络设备原理及应用：第六讲 光发射机的射频激励功能电路

(上接第14期) 光发射机的任务是把从前端送来的高频电视信号变成光信号,使其能在光导纤维中传输.光发射机按照调制方式划分为调频、调幅和数字调制等多种.目前用得最多的是多路调幅光发射机,在调幅光发射机中按照强度调制的方式不同又分为直接调制光发射机和外调制光发射机.直接调制光发射机是利用高频电视信号(将信号电流叠加到激光器的偏置电流上)来控制半导体激光器的偏流,进而控制激光器的输出光强.外调制光发射机是在激光器输出激光之后,让其通过一个外调制器,使激光的强度随多路调幅信号电压而改变.无论哪种形式的光发射机都具有射频激励单元电路,此功能电路的好坏直接决定着光发射机指标的优劣.鉴于目前市场上直接调制光发射机占大多数,此处RF驱动电路的介绍偏重于直接调制光发射机.     

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。     

Security performance analysis and the parameters simulation of quantum virtual private network based on IPSec protocol

Traditional virtual private networks (VPNs) are conditional security. In order to ensure the security and confidentiality of user data transmission, a model of quantum VPN based on Internet protocol security (IPSec) protocol is proposed. By using quantum keys for key distribution and entangled particles for identity authentication in the network, a secure quantum VPN is relized. The important parameters affecting the performance of the VPN was analyzed. The quantitative relationship between the security key generation rate, the quantum bit error rate (QBER) and the transmission distance was obtained. The factors that affect the system throughput were also analyzed and simulated. Finally, the influence of the quantum noise channel on the entanglement swapping was analyzed. Theoretical analysis and simulation results show that, under a limited number of decoy states, with the transmission distance increased from 0 to 112.5 km, the secure key generation rate was reduced from 5.63×10^-3 to1.22×10^-5 . When the number of decoy states is fixed, the QBER increases dramatically with the increase of the transmission distance, and the maximum reaches 0.393. Analysis shows that various factors in communication have a significant impact on system throughput. The generation rate of the effective entanglement photon pairs have decisive effect on the system throughput. Therefore, in the process of quantum VPN communication, various parameters of the system should be properly adjusted to communicate within a safe transmission distance, which can effectively improve the reliability of the quantum communication system.     

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Raptor10码的自由空间光通信系统设计

大气湍流是自由空间光通信系统的主要限制因素,会造成光束的强度闪烁和相位起伏。为了应对大气湍流及背景光对无线激光通信的影响,设计并实现了一套无线激光通信系统。该系统采用数字喷泉码Raptor10码来提高通信系统的可靠性及抗干扰能力。此外还使用了巴克码作为帧头以及脉冲位置调制（PPM）方式,并以现场可编程门阵列（FPGA）为核心完成了数据的编码、调制、帧同步、解调及译码。其发射光源为波长532 nm激光,探测器采用Silicon Sensor公司的单点APD。最后在2 km的自由空间对整个无线激光通信系统进行测试,测试结果稳定可靠。     

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.     

调制函数对偏振调制激光测距精度影响分析

为减小传统激光测距方法中复杂电路系统对脉冲计时或相位比较引起的测距误差,针对偏振调制激光测距技术,利用电光调制器中晶体折射率随施加电场线性变化的特性,将待测物体反射的光脉冲调制成时间的函数,通过所得偏振光两个垂直方向上的光强比值求解待测距离。在研究其测距原理、距离方程及误差分析的基础上,推得文中测距方法所能达到理论测距精度的表达式,并分析调制过程中正弦、锯齿、指数三种调制函数对测距精度的影响,在相同距离范围内,锯齿函数具有更好的适用性,正弦函数与指数函数的组合函数具有更高的测距精度。进一步分析正弦函数不同波段对测距精度的影响可知,采用-/6~/6波段调制时其适用性及测距精度都有很大提高。研究结果对提高偏振调制激光测距精度具有重要意义。     

调频连续波激光调制方法研究

调频连续波(FMCW)激光调制电路是FMCW激光探测系统的重要组成部分。对FMCW激光调制方法进行研究,设计并实现由线性调频信号产生电路和半导体激光器驱动电路组成的激光调制电路,并给出相应的实验结果。其中线性调频信号产生电路采用基于直接数字频率合成技术的集成芯片AD9958进行设计,产生10~110 MHz的锯齿波线性调频信号;半导体激光器驱动电路采用直接电流调制方式,利用线性调频信号对激光载波的强度进行调制,激励激光器出光。测试结果表明:调频连续波激光调制电路能够满足调制频偏100 MHz、调频周期100 s的设计要求。     

混沌脉冲激光雷达水下目标探测

海水对光波的吸收和散射,严重制约了激光雷达水下目标探测的性能。通过对激光在海水传输过程中产生后向散射的定量分析,说明了激光回波信号被海水后向散射影响的严重性。分析比较了距离选通技术和强度调制技术抑制海水后向散射的能力,提出了使用自身具有高频强度调制特性的混沌脉冲激光进行水下目标探测,设计了基于相关法测距的混沌脉冲激光雷达水下目标探测方案。通过对后向散射光以及带有不同后向散射强度的回波信号光的时域和频域特性的研究,使用互相关噪声水平算法判定混沌脉冲激光雷达抑制海水后向散射的能力。理论仿真分析表明,当后向散射光强度是混沌脉冲激光强度36倍时,仍能提取出目标信号。