一种稳定的自由空间量子密钥分配实验系统

基于量子密钥分配的基本原理,采用B92方案,以单光子作为信息载体,使用极化编码,搭建了一个简单易行的实验装置,实现了自由空间传输的量子密钥分配,平均每脉冲光子数为0.1,粗码率12.7kbits/s,误码率4%左右。

标记单光子源下探测器死时间的量子密钥分配

考虑到当光子传输速率过高时,量子密钥分配协议在实际应用中会受到探测器死时间的影响,因此对基于标记单光子源协议的安全密钥生成速率和探测器死时间之间的关系进行了探究。首先,在考虑和不考虑探测器死时间这两种情况下,探究了安全密钥生成速率和探测器死时间之间的关系。结果表明:当光子传输速率过高时,探测器死时间的存在的确会影响安全密钥生成速率。进一步分析了不同探测器死时间下安全密钥速率的生成情况。结果表明:探测器死时间的取值越大,得到的安全密钥生成速率就越低,安全密钥生成速率的极限值和探测器死时间τ之间的关系为4.2/τ。

量子密钥分发过程中编码技术专利研究

实现量子密钥分配QKD的第一个重要步骤就是对脉冲进行编码。本文以CNABS、DWPI数据库为主,从专利申请整体发展趋势、专利申请国家分布、各技术分支功效分析、技术演进路线等多个角度对量子密钥分配中编码领域的全球、中国专利申请情况进行分析。安全密钥率是衡量量子密钥分配QKD系统安全性和实用性的主要指标。系统每秒生成安全的最终码正比于系统重复率与每脉冲成码率,除了误码率和损耗率的影响,每脉冲成码率还取决于编码技术。

基于光纤的量子密钥分配系统研究和协议仿真

研究了适合光纤传输的量子密钥分配系统和量子密钥分配协议。通过研究适合光纤传输的量子信号的编码和解码,研究了基于光纤的量子密钥分配系统与协议,给出相位调制量子密钥系统的光路图;在计算机上编制相应的程序,验证了相位调制的量子密钥分配协议的分配过程,并就窃听对量子误码率的影响进行了分析。结果表明,仿真结果与理论分析完全一致。

电力光纤专网量子密钥分配系统实际安全性分析

结合现有主要攻击方法,从非理想光源、非理想编解码模块和非理想探测器三个方面分析了该量子密钥分配系统的实际安全性,同时提出了四相位调制、接收单元和探测器改造等增强实际安全性的具体要求。

融合量子密钥分配的电信运营商密码应用体系

基于量子密钥分配(quantum key distribution,QKD)的通信网络具备实现“perfect secrecy”(完美保密性)的能力,当前还不能满足大规模应用的需求,在实际应用中需要结合经典密码技术。提出了融合量子密钥分配的电信运营商密码应用体系的功能架构模型,介绍了模型的层次结构、核心的网元和功能模块以及接口关系,给出了应用体系的整体框架,介绍了框架的主要组成部分,描述了应用体系的典型应用场景及其工作流程。

基于QKD网络的量子密钥管理系统体系结构研究

随着量子密钥分配技术的不断成熟,基于传统公钥基础设施的经验和建设成就,提出了以用户为中心、面向服务的量子密钥管理系统体系结构。首先从用户应用维度、管理功能维度和系统集成维度3个方面描述了基于量子密钥分配网络的量子密钥管理系统的设计、研制和建设中需要解决的关键技术问题;其次介绍了量子密钥管理系统的设计和组成,包括量子密钥服务分配节点和应用设备,以提高系统的安全性和可靠性。为基于量子密钥分配网络的量子密钥管理系统的进一步应用提供了指导和参考。

量子密钥分配系统中非线性偏振耦合的研究

受传输光纤非线性偏振影响,量子密钥分配系统本振光与信号光耦合率下降,使形成偏振复用信号的抖动增强,系统的稳定性和安全性下降。为了提高量子光学中偏振编码技术的性能,经过理论分析和数值模拟,给出可操作性的实验方案,解决了光纤非线性偏振耦合导致的偏振抖动问题。结果表明,在同等条件下,以分光检测结果反馈控制本振光和信号光的非线性偏振耦合率,可增强偏振复用信号的稳定性,将系统传输容量提高61%。该结果有利于偏振编码技术在量子密钥分配系统的实际应用。

自由空间量子密钥分配系统中接收端设计改进

对自由空间量子密钥分配系统中接收端设计进行改进研究。采用琼斯矩阵方法分析了系统误码率和接收端光学元件光学特性的关系。分析表明,用来随机选择测量基的器件——偏振无关分束器(NPBS)的偏振相移特性的误差是系统误码的重要来源。提出对光路布置的设计改进方案,在这一方案中,只对NPBS的透射p光与s光的相移差有性能要求,可以降低接收端NPBS的偏振相移误差对误码率的影响。采用改进后的NPBS和普通商品NPBS进行了室外200m量子密钥分配的对比实验。实验结果与理论预期符合基本一致,改进NPBS的设计及接收端光学系统的光路布置使系统误码率降低了2.6%,证明了对接收端设计方案改进的有效性。

量子密钥分配系统应用技术初探

在描述了基本的点到点量子通信系统的工作机制,QKD原语分类和网络整合QKD技术特性的基础上,导出了多种QKD的使用情况。这些技术特性允许确认实现QKD的功能及安全要求,并试图在现存和未来的ICT网络中使用。

基于量子相角的对称密码系统密钥分配规范

密钥分配规范是量子密码学的研究热点之一,并影响对称密码系统的性能。利用量子态的叠加性,提出一种能够缩短密钥长度和提高对称密码系统时间效率的基于量子相角的对称密码系统密钥分配规范,同时探讨一种新的基于量子相角的加密和解密方法,对于对称密码系统和量子密码学的研究具有积极意义。

量子密钥分配系统波长攻击安全性分析

量子密钥分配协议的无条件安全性建立在理想的量子设备、经典设备和随机数的假设下.实际系统与理想协议存在一定的差异性,这种差异性可能被窃听者利用,从而导致系统的不安全.利用分束器的分束比具有波长相关特性,窃听者可以采取波长攻击控制接收端测量基矢的选择。基于基矢选择的随机性偏差参数,给出分束器波长相关性的定量刻画方法。进一步利用纠缠提纯安全性分析技术,分析了量子密钥分配系统在波长攻击下的安全性,给出了不同随机性偏差参数下的安全密钥率公式。

一种新型基于密钥循环的半量子多方认证盲量子计算方案

为了满足量子容量有限的客户端对大量量子计算的需求,盲量子计算应运而生,它可以实现客户端与量子计算机之间的远程交互,从而确保信息传输的安全。提出了一种新的多方认证盲量子计算,它可以回收使用预共享密钥,进而使用BQC(blindquantumcomputing)的量子密钥回收功能来提高量子资源的利用效率。在BQC协议中,有4种参与者:客户端、服务器、负载平衡器和半诚实证书颁发机构(certificateauthority,CA)。包括了2个阶段:密钥分发和盲量子计算。在第1阶段,负载平衡器在证书颁发机构的帮助下完成身份验证和密钥分发,并回收可再次用于协议的下一个新实例的密钥。在第2阶段,盲量子计算使客户端能够仅通过测量来自服务器的量子比特来完成计算任务,而无须准备量子比特。客户端可以使用服务器来测量以完成计算。与传统的BQC协议相比,提出的量子密钥回收协议可以大大提高密钥分发和重用的效率,在论文的效率分析部分对此进行了证明。

基于贝尔态的确定性量子密钥分配协议

提出了一种基于贝尔态的确定性量子密钥分配协议.它建立在纠缠量子系统的内部关联的基础上,双方通过共享纠缠量子系统和做单粒子量子测量建立起共享的密钥.与传统的只能生成随机字符串作为密钥的量子密钥分配协议不同,利用该协议,双方可以以任意指定的字符串作为共享的密钥.量子力学的定律保证了该协议的无条件安全性.除了单粒子量子测量之外,不需要做任何复杂的量子操作,因此它更容易实现,健壮性更好.

基于任意Bell态的量子密钥分配

为了提高量子密钥分配的安全性和效率,利用量子纠缠交换的规律,提出了基于纠缠交换的量子密钥分配协议。通信双方通过简单的Bell测量建立起共享密钥,窃听者不可能窃取密钥而不被发现。该协议与其它分配协议的不同在于,可以实现对任意两个Bell态进行Bell测量达到量子密钥分配的目的。协议的实现只需要EPR粒子对,而不需要制备多粒子纠缠态。分析结果表明,此协议只用到两粒子的纠缠态,不需要进行幺正操作,它不仅能够保证密钥分配的安全性,而且简单高效。

背景光对星地量子密钥分配量子误码率的影响

量子误码率是量子密钥分配系统的重要参数之一。对于星地量子密钥分配,采用具有泊松分布的高度衰减激光脉冲作为单光子源,建立了由背景光引起的量子误码率理论模型,给出了量子误码率的表达式。针对轨道高度为300km的低轨卫星-地面站间链路,进行了数值仿真分析。研究表明,背景光是限制自由空间量子密钥分配链路距离的主要因素之一,在低轨卫星-地面站间进行量子密钥分配是可行的。在白天,量子误码率的量级为10-3～10-2;在夜晚,满月时为10-4,新月时为10-6～10-5。

量子密钥技术提升电力系统二次防护安全性研究

为增强电力二次系统抵御高性能计算攻击的能力,提出一种采用量子密钥对电力通信数据进行实时加解密处理的方法。首先,从技术成熟度和实用化角度,分析论证了量子密钥技术与电力二次防护系统结合的可行性;然后,提出一种量子密钥分配(quantum key distribution,QKD)系统与电力纵向加密认证装置的具体结合方式,并设计实现了用于QKD与纵向加密设备的信息交互和密钥管理方法;最后,探讨了在电力系统组建广域电力量子数据网络的实现方案和组网思路,无需调整现有网络结构,便可以实现规模化的应用部署。

基于W态的网络中任意两个用户间量子密钥分配方案

针对实现网络中任意两个用户间密钥分配的问题,该文将W态变换为系数全部相同的对称形式,提出一种利用W态实现网络量子密钥分配的方案,即可信赖中心(CA)与网络中要求通信的任意两个用户分别拥有W态的3个粒子,CA对手中的粒子进行测量并公开测量结果,两个用户按照CA的不同测量结果采取相应的措施以生成密钥。继而,分别对存在窃听者(Eve)的情况以及CA不可信的情况进行安全性分析。结果表明,该方案能够有效抵御攻击,且可以实现平均消耗3个W态得到两比特密钥的理论效率。

一种基于量子纠错编码的量子密钥分配协议

量子加密从物理机制上保证了密钥分配的绝对安全,然而由于量子密钥分配过程中量子信道存在噪声,使得传输效率不高的量子密钥分配效率进一步降低。量子低密度奇偶校验(量子LDPC)码由于在码长和码率的选择方面具有巨大的灵活性,且信赖于稀疏图,已成为目前量子纠错编码的研究热点。该文借鉴经典纠错编码能够提高传输可靠性的特性,针对BB84协议,设计一种基于量子LDPC码的BB84协议。通过数值仿真,分析量子LDPC码对BB84协议的密钥传输效率的影响。结果表明基于量子纠错码的BB84协议的密钥传输效率得到提高,验证了在含噪量子信道中基于量子LDPC码的量子密钥分配协议的有效性。