量子密钥分发网络架构及其标准化

量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)网络可将点到点QKD技术扩展为端到端、多用户的安全密钥分发。为推动QKD网络技术研究、标准化与实际应用,梳理了其组网基本原理,并从标准化角度介绍了其网络分层模型和功能架构,讨论了分布式控制、集中式控制、分级控制、集中密钥中继等多种组网方案,进一步剖析了其未来研究趋势及标准化工作展望。最后指出QKD网络基本理论与应用虽已接近成熟,但多技术融合及面向未来量子网络演进仍需深入研究,以加快该技术的实际应用和产业化发展,充分发挥其为信息通信服务提供量子安全保障的优势。     

基于量子密钥分发的可信光网络体系架构

量子通信具有理论上的"绝对安全"和"一次一密"的优势,将其引入到光网络中可以在很大程度上提升光网络的安全性,同时,光网络作为重要的信息基础设施可以为量子密钥传送提供可靠的管道资源。文章提出基于量子密钥分发技术的可信光网络体系架构,总结量子密钥分发及量子与经典信息混传技术的研究进展,探讨量子光网络面临的问题与发展前景。量子光网络目前逐渐从点对点的初级阶段向多节点网络内的量子密钥分发与经典光网络融合交换的方向深入发展。     

量子密钥分发网络应用技术研究进展

现有的量子密钥分发网络根据其节点不同可分为三类,即由信任节点构成的网络系统、由光学节点构成的网络系统、以及由量子节点构成的网络系统.讨论了由不同节点构成的网络系统的特点,并分别指出了各自的优缺点.最后指出,一个跨越全球的量子密钥分发网络需要由这三种不同的网络系统组成.     

基于量子密钥分发架构的语音加密增强应用

针对量子计算的飞速发展对传统的SSL加密传输带来的巨大风险,提出了一种基于量子密钥分发架构的语音加密增强应用。首先,连接量子内生安全平台,使用短编码校验机制,用于用户的接入认证与鉴权,确保了用户的不可冒充与终端的不可伪造;然后,使用量子密钥无线分发安全机制对服务端或是客户端进行安全的量子密钥发放,通过分发协议将加密后的量子密钥分别发送给分发客户端和分发服务端,保证分发客户端和分发服务端的密钥同步;最后,在终端建立密钥池,可以对密钥进行在线更新、补充等操作,实现使用终端密钥池中的密钥对网络音视频通话进行加解密,保证高质量、绝对安全的通话。实验结果证明,所提应用使用量子密钥与国产商用密码技术结合不仅提高了通话的安全性,同时直接从本地密钥池中获取密钥也大大地降低了通话时延,提高了通话质量。     

量子密钥分发网络方案研究

量子密钥分发结合密码技术可以实现安全的保密通信.因此,针对目前量子密钥分发网络组网方案形式的多样性展开研究分析工作.首先,介绍国内外量子密钥分发网络的发展状况,分析现有网络的组网方案;其次,论述目前量子密钥分发网络的几种主要组网方案,包括基于经典光学器件的组网方案、基于可信中继的组网方案和基于量子中继的组网方案,同时分...     

基于密钥托管的量子加密网络

量子信息论的研究是量子理论和经典信息论的一个重要交叉领域，量子位不可复制且量子纠缠态不可区分的量子信息特征提供了一种理论上绝对安全的加密术一量子加密。本文对量子必钥分发协议进行了研究，利用点点间量子密钥分发协议和基于传统密钥托管方案，提出多用户、多控制中心网络的环境下量子密钥的分发过程。     

量子密钥分发网络结构及性能分析

根据量子密钥分发网络节点功能的不同,可以将其分为三类:由信任方节点构成的网络;由光学器件构成的网络和;由量子节点构成的网络.文章分析了这三种网络的结构,并对比了它们的性能,适用条件以及应用前景.最后提出,在现有条件下三种网络各具优势但都不够成熟,用户可以根据各自对网络的需求来选择不同的网络模型进行保密通信.     

量子密钥分配网络分析

量子密钥分配(QKD)网络是由网络节点按照一定的拓扑结构连接而成的.目前出现的QKD网络可根据其节点功能性分为3类:光学节点QKD网络、信任节点QKD网络以及量子节点QKD网络.文章论述了QKD网络的研究进展,对现有的3种网络的结构、性能进行了全面的对比分析.通过对比,提出了一种高效实用的新型QKD网络方案.     

High speed quantum key distribution system

Quantum key distribution (QKD) systems can generate unconditionally secure common key between remote users. Improvement of QKD performance, particularly on key generation rate, has been required to meet current network traffic. The present paper considers system requirement to improve key generation rate by increasing photon detection rate and reducing error rate. A high-speed QKD system should be equipped with low loss receivers with high visibility, highly efficient photon detectors with small dark count probability, and a stable clock synchronization system with low stray light to the quantum signals. A solution for these issues are given by employing planar lightwave circuit interferometers, single photon detection circuits and modules, and clock synchronization based on wavelength division multiplexing (WDM) technique. A QKD system has been developed by combining these techniques. The system working with 625 MHz clock generated sift key at the rate of 2.4 kbps through a 97-km single installed fiber core.     

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.     

用于量子密钥分发的半导体激光器温控系统

由于量子密钥分发(quantum key distribution,QKD)系统对光源的稳定性要求极高,尤其是激光器发出光的波长和光强的稳定性,直接影响了系统的成码率。由此,针对分布反馈式(distributed feedback,DFB)激光器的温度特性,设计一种有效的温度控制系统。系统以 FPGA 为控制核心,采用增量式PID算法,对DFB激光器的工作温度进行实时监控。采用热电制冷控制芯片MAX8520作为半导体制冷器(thermoelectric cooler,TEC)的驱动芯片。利用集成于DFB激光器内部的负温度系数(negative temperature coefficient,NTC)热敏电阻构成温度采集模块,组成闭环负反馈结构。通过实验测试,温度控制精度可达±0.03 ℃,波长漂移可控制在0.01 nm以内。该温控系统具有电路体积小、效率高和可靠性高等特点,可为激光器提供稳定的温度控制,以保证QKD系统的光源波长的稳定性。     

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。     

量子密钥分配的安全性分析

量子密钥分配特别适合光通信环境,而且可以实现无条件安全性.但由于现有技术水平的限制,实际量子密钥分配的安全性受到挑战.分析了目前量子密钥分配安全性面,临的最大威胁-光子数分离攻击,介绍了两种可以抵制光子数分离攻击的方法:硬件措施-诱惑态方案和软件措施-非中交编码方案,并重点分析了两种方法的原理和特点.     

量子密钥分发系统中高精度同步方案设计

针对光纤量子密钥分发(QKD)系统中信号同步的关键问题,提出了一种光同步方案。发送方通过现场可编程门阵列（FPGA）产生一定特征的同步脉冲序列驱动同步激光器,产生的同步光和信号光耦合到一根光纤传给接收方。接收方经过高速甄别后使用高频时钟来“采样”接收到的同步脉冲序列,使得双方达到严格同步;同时经过高精度延时调整后提供给单光子探测器作为门控信号,最大限度地去除暗计数。该方案具有高精度,低成本,容错性好的特点,已经成功应用于城域量子通信网络。     

量子密钥分发中偏振补偿算法

在以单模光纤作为量子信道,并采用光子偏振编码方式的量子密钥分发过程中,光纤的双折射效应会导致光子在光纤中传播时其偏振态发生随机变化,使安全密钥的最终成码率大幅度降低.利用两个四分之一波片和一个半波片的组合作为校正器,可以实现对任意偏振态的校正补偿.建立了一种以该类偏振校正器为执行机构的基于随机并行梯度下降控制算法的实时偏振补偿仿真控制模型,讨论了算法的随机扰动幅度、增益系数与收敛速度的关系,分析了算法对于偏振的校准能力.通过实验对算法的性能进行了验证.实验结果表明,经过一定次数的迭代后可将系统的偏振消光比校正到一个比较理想的状态.     

光纤量子密钥分发系统中密钥传输率和误码率的研究

通过理论分析和计算,研究了光纤损耗、色散和单光子探测器暗计数等因素对量子密钥分发系统密钥传输率和误码率的影响.研究表明,光纤损耗是影响密钥传输率的主要因素.而量子比特误码率则与光纤损耗、色散、脉冲宽度、单光子探测器暗计数以及瑞利反向散射等因素有关.在实验中,应尽量降低光纤损耗、色散和单光子探测器的暗计数,同时选择适当的初始脉宽,从而提高密钥传输率并降低误码率,进而提高量子密钥分发系统的传输距离.     

A short wavelength GigaHertz clocked fiber-optic quantum key distribution system

A quantum key distribution (QKD) system has been developed, using a standard telecommunications optical fiber, which is capable of operating at clock rates of greater than 1 GHz. The QKD system implements a polarization encoded version of the B92 protocol. The system employs vertical-cavity surface-emitting lasers with emission wavelengths of 850 nm as weak coherent light sources, and silicon single photon avalanche diodes as the single photon detectors. A distributed feedback laser of emission wavelength 1.3 /spl mu/m, and a linear gain germanium avalanche photodiode was used to optically synchronize individual photons over the standard telecommunications fiber. The QKD system exhibited a quantum bit error rate (QBER) of 1.4%, and an estimated net bit rate (NBR) greater than 100 000 bits/sup -1/ for a 4.2-km transmission range. For a 10-km fiber range, a QBER of 2.1%, and an estimated NBR of greater than 7000 bits/sup -1/ was achieved.