1 西安邮电大学网络空间安全学院, 陕西 西安 710121
2 桂林电子科技大学广西密码学与信息安全重点实验室, 广西 桂林 541004
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。
量子光学 量子密钥分配 测量设备无关 标记单光子源 探测器死时间 quantum optics quantum key distribution measurement-device-independent heralded single photon source detector’s dead time
空军工程大学信息与导航学院通信系统教研室，陕西 西安 710077
量子安全直接通信（QSDC）突破了传统保密通信的通信方式，不需要提前准备密钥就可以直接通过量子信道进行秘密信息的传输。但是在实际的量子通信系统中，窃听者Eve对于测量设备的攻击会导致秘密信息的泄露，而且这种窃听不会被侦测到。此外由于现在的量子传输方式仍然以光纤传输为主，所以无法避免光纤传输过程中噪声的影响，在这些噪声中以集体退相位噪声和集体旋转噪声影响最甚。为解决这些问题，提出了两个分别可以抵抗集体退相位噪声和集体旋转噪声的测量设备无关的QSDC协议，通过不可信第三方的测量进行信息的传递，解决了窃听者对于测量设备攻击的问题，同时通过无消相干子空间来避免集体噪声的问题，通过分析发现该协议可以有效抵抗攻击，实现绝对安全的通信。
量子通信 量子安全直接通信 测量设备无关 集体噪声 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1727001
空军工程大学 信息与导航学院，陕西 西安 710077
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。
量子通信 量子密钥分发 航空通信 测量设备无关 quantum communication Quantum Key Distribution aeronautical communication Measurement Device Independent 红外与激光工程
2021, 50(11): 20210124
1 西安邮电大学网络空间安全学院, 陕西 西安 710121
2 桂林电子科技大学广西密码学与信息安全重点实验室, 广西 桂林 541004
为提高测量设备无关量子密钥分配协议的性能,研究了基于多晶体指示源和脉冲位置调制的测量设备无关量子密钥分配协议。在多晶体指示源下,比较了有脉冲位置调制和无脉冲位置调制下测量设备无关量子密钥分配协议性能的优劣。仿真结果表明,引入脉冲位置调制可以提高该协议的密钥生成率并增大安全传输距离。并且,随着时隙的增加,密钥生成率逐渐提高,安全传输距离也逐渐增大。随后,进一步地分析了探测器在不同探测效率下,安全传输距离与密钥生成率之间的关系。结果表明,探测器探测效率越高,密钥生成率越高,安全传输距离越长。
量子光学 测量设备无关 量子密钥分配 脉冲位置调制 多晶体指示源 光学学报
2021, 41(16): 1627001
1 西安邮电大学网络空间安全学院，陕西 西安 710121
2 桂林电子科技大学广西密码学与信息安全重点实验室，广西 桂林 541004
测量设备无关量子密钥分配系统能够抵御任何针对单光子探测器侧信道的攻击。为了进一步优化多方测量设备无关量子密钥分配协议，对基于W态的多方测量设备无关量子密钥分配协议进行了研究，并引入探测器品质因子（暗记数与探测器探测效率的比值）作为模拟参量，模拟分析了误码率和密钥生成率的影响因素。仿真结果表明：在信道传输损耗、光纤信道之间的距离和探测器品质因子三个变量中，任意一个变量的增大都会使得误码率增大，密钥生成率减小。
量子光学 W态 量子密钥分配 测量设备无关 品质因子 密钥生成率 激光与光电子学进展
2021, 58(11): 1127002
1 西安邮电大学网络空间安全学院, 陕西 西安 710121
2 西安邮电大学通信与信息工程学院, 陕西 西安 710121
针对主动诱骗态方案可能引入边信息的缺点,通过结合旋转不变态,研究了基于标记配对相干态和脉冲位置调制的被动诱骗态测量设备无关量子密钥分配(MDI-QKD)协议。比较了传统MDI-QKD协议、基于旋转不变态的被动诱骗态MDI-QKD协议和具有不同帧长的基于旋转不变态的被动诱骗态MDI-QKD协议的性能优劣。仿真结果表明,引入旋转不变态和脉冲位置调制可以提高密钥生成率和安全传输距离。随着帧长的增加,协议的性能得以改善。因此,在没有强度调制的情况下,该协议避免了光源侧信道的影响,密钥生成率较高。
量子光学 测量设备无关量子密钥分配 脉冲位置调制 旋转不变态 被动诱骗态 标记配对相干态
1 西安邮电大学网络空间安全学院, 陕西 西安 710121
2 西安邮电大学通信与信息工程学院, 陕西 西安 710121
3 西安邮电大学无线网络安全技术国家工程实验室, 陕西 西安 710121
为了更加全面分析测量设备无关量子密钥分配协议,对基于标记配对相干态的测量设备无关量子密钥分配协议进行了统计涨落分析。首先分析了当光源在统计涨落时,随着发送信号脉冲数的增加,误码率和密钥生成率与传输距离的关系。结果表明,增加脉冲数能增大密钥生成率和最大传输距离,降低误码率,且基于标记配对相干态的协议性能比基于指示单光子源的协议性能要好。进一步分析了光源在统计涨落时,基于标记配对相干态的测量设备无关量子密钥分配协议在非对称信道中的密钥生成率与传输距离的关系,由仿真结果得知,非对称信道时的性能比对称信道时的性能好。
量子光学 量子密钥分配 测量设备无关 标记配对相干态 非对称信道
1 西安邮电大学网络空间安全学院, 陕西 西安 710121
2 西安邮电大学无线网络安全技术国家工程实验室, 陕西 西安 710121
3 西安邮电大学通信与信息工程学院, 陕西 西安 710121
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。
量子光学 量子密钥分配 测量设备无关 轨道角动量 指示单光子源 统计波动
1 国网安徽省电力有限公司信息通信分公司, 安徽 合肥 230061
2 南瑞集团有限公司(国网电力科学研究院有限公司), 江苏 南京 211000
3 南京南瑞国盾量子技术有限公司, 江苏 南京 211000
量子密钥分发利用量子力学特性来保证通信安全,它使通信的双方能够产生 并分享一个随机的、安全的密钥,用于对传输数据进行加解密。测量设备无关量子密钥分发(MDI-QKD)是量子密钥 分发(QKD)的重要组成部分,能够解决QKD 协议中因为测量设备引起的安全漏洞,在保证协议安全性的同时延长通信 距离。分析了量子网络中量子隐形传态原理,针对MDI-QKD协议的特殊性,提出将量子隐形传态应用到MDI-QKD协议中。 该协议将Alice制备的量子态在量子网络中通过隐形传态的方式传送给David, 然后David与通信的另一方Bob一起运行 MDI-QKD协议。阐述了基于量子隐形传态的MDI-QKD协议的实现流程,并引入了量子态的保真度参数,对MDI-QKD协议的 密钥率进行了分析。仿真实验表明量子隐形传态对MDI-QKD协议的增益效果十分明显,可以大幅度延长密钥的安全传输 距离,保证了安全协议对测量设备的不依赖性,有效避免了QKD系统中测量器端的所有攻击。
量子信息 量子密钥分发 量子隐形传态 测量设备无关量子密钥分发 密钥率 quantum information quantum key distribution quantum teleportation measurement device-independent quantum key distrib key rate
海军工程大学电子工程学院, 湖北 武汉 430033
提出了一种基于测量设备无关协议的经典-量子信号共纤传输方案。推导了自发拉曼散射噪声计数率公式,分析了经典信号入射功率、量子信号复用路数和量子信号平均光子数对量子密钥分配性能的影响。数值仿真结果表明,当经典信号入射功率为0 dBm(即通信容量为84.8 Gbit/s)时,所提方案量子密钥分配的最大安全传输距离可达141 km;当入射功率增加到11 dBm(即通信容量为1.068 Tbit/s)时,仍然可达100 km。相比于现有的最优传输方案,所提方案量子密钥分配的最大安全传输距离延长了26 km;虽然随着经典信号入射功率的增加,量子密钥分配性能有所下降,但是可以通过采用多路量子信号复用和优化量子信号的平均光子数来进行性能补偿。
量子光学 测量设备无关 拉曼散射 经典-量子信号 激光与光电子学进展
2019, 56(8): 082701
