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
Author Affiliations
Abstract
School of Science and State Key Laboratory of Information Photonics and Optical Communications, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China
Reference frame independent and measurement device independent quantum key distribution (RFI-MDI-QKD) has the advantages of being immune to detector side loopholes and misalignment of the reference frame. However, several former related research works are based on the unrealistic assumption of perfect source preparation. In this paper, we merge a loss-tolerant method into RFI-MDI-QKD to consider source flaws into key rate estimation and compare it with quantum coin method. Based on a reliable experimental scheme, the joint influence of both source flaws and reference frame misalignment is discussed with consideration of the finite-key effect. The results show that the loss-tolerant RFI-MDI-QKD protocol can reach longer key rate performance while considering the existence of source flaws in a real-world implementation.
quantum key distribution source flaw measurement device independence Chinese Optics Letters
2022, 20(9): 092701
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 中国人民解放军63611部队, 新疆 库尔勒 841000
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
为克服传统光测设备模拟训练器仿真程度较低的不足, 设计了基于实景图像的光测设备模拟训练器, 由虚拟目标生成器 和虚拟目标叠加器两部分构成。从以往保存的实景图像中提取出目标信息, 并进行目标旋转、数据压缩处理后, 与图像附加 信息一起生成虚拟目标序列, 再将虚拟目标序列叠加到设备实时背景上。实现了原始情景再现, 获得了近乎实际工作状态的 设备环境, 使光测设备的训练不再受客观条件的限制, 随时随地实现单台设备独立自主的全流程训练。
模拟训练 光测设备 实景图像 虚拟目标 训练器 simulated training optical measurement device real image virtual target training simulator
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
