基于計(jì)算復(fù)雜度的經(jīng)典密碼在量子信息時(shí)代將不再安全,因此研究者們基于量子物理基本原理設(shè)計(jì)了理論上無(wú)條件安全的量子密碼。特別地,量子密鑰分發(fā)（Quantum Key Distribution,QKD）是量子密碼領(lǐng)域中研究比較成熟的一個(gè)重要分支�；谝恍┗炯僭O(shè),量子密鑰分發(fā)在常見(jiàn)攻擊下的理論安全性已經(jīng)被充分證明。然而,實(shí)際量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中卻存在著一些違背安全性證明假設(shè)的非完美性。其中,一部分非完美性可能會(huì)打開(kāi)安全漏洞,這個(gè)漏洞可以被竊聽(tīng)者利用來(lái)隱藏自己,進(jìn)而可以成功地獲取安全密鑰信息,這是一種有效的量子黑客攻擊策略。量子黑客攻擊嚴(yán)重地破壞了系統(tǒng)的實(shí)際安全性。而另一部分非完美性則可能僅惡化系統(tǒng)的實(shí)際性能。因此,對(duì)實(shí)際安全性及實(shí)際性能問(wèn)題進(jìn)行研究可有效地加快量子密鑰分發(fā)的商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。目前,量子密鑰分發(fā)可分為離散變量（Discrete Variable,DV）量子密鑰分發(fā)和連續(xù)變量（Continuous Variable,CV）量子密鑰分發(fā)。本文主要圍繞基于高斯調(diào)制相干態(tài)（Gaussian-modulated Coherent States,GMCS）的連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)開(kāi)展研究工作... 

【文章來(lái)源】：西北大學(xué)陜西省 211工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

在量子信道過(guò)噪聲理想估計(jì)值不同的GMCSCVQKD系統(tǒng)中，降低光衰減下量子信道過(guò)噪聲估計(jì)值與k的關(guān)系

西北大學(xué)博士學(xué)位論文50圖12描繪了當(dāng)=0.05時(shí)，被攻擊的GMCSCVQKD系統(tǒng)在VOA性能惡化情況不同時(shí)，比如k=1.6,1.2時(shí)，系統(tǒng)理論安全密鑰率與安全傳輸距離間的關(guān)系。圖13描繪了當(dāng)k=1.6時(shí)，對(duì)于量子信道過(guò)噪聲不同的GMCSCVQKD系統(tǒng)，比如=0.05,0.01時(shí)，系統(tǒng)理論安全密鑰率與安全傳輸距離間的關(guān)系。用于上述仿真的固定參數(shù)設(shè)置為：04AV=、=0.5、0.01el=、=95%、1010=、m=0.5N以及N=109。很顯然，降低光衰減影響下系統(tǒng)理論安全密鑰率的評(píng)估值eK高于其實(shí)際值pK。仿真分析再次證明在實(shí)際GMCSCVQKD系統(tǒng)中，降低的光衰減可以為Eve打開(kāi)一個(gè)安全漏洞來(lái)成功地執(zhí)行經(jīng)典的截泉重發(fā)攻擊。特別地，對(duì)于同一個(gè)GMCSCVQKD系統(tǒng)，當(dāng)VOA的光衰減量降低值固定時(shí)，系統(tǒng)理論安全密鑰率的評(píng)估值與其實(shí)際值間的偏差反映了Eve可通過(guò)截泉重發(fā)攻擊獲取的安全密鑰量。除此之外，通過(guò)圖12還可以發(fā)現(xiàn)，安全密鑰信息的泄露量隨著VOA性能的逐步惡化而增加。另外，圖13表明當(dāng)VOA性能惡化情況相同時(shí)，對(duì)于過(guò)噪聲較大的GMCSCVQKD系統(tǒng)，Eve可能獲取的安全密鑰信息量更多。圖12當(dāng)=0.05時(shí)，在不同降低光衰減情況下，系統(tǒng)理論安全密鑰率與安全傳輸距離間的關(guān)系。這里，光纖損耗為0.2dB/km。

降低光衰減下CVQKD系統(tǒng)的實(shí)際安全性51圖13當(dāng)k=1.6時(shí)，不同GMCSCVQKD系統(tǒng)理論安全密鑰率與安全傳輸距離間的關(guān)系。這里，光纖損耗均為0.2dB/km。上述仿真分析證明了在實(shí)際GMCSCVQKD系統(tǒng)中，Eve可以利用激光損壞攻擊去惡化VOA的性能，從而主動(dòng)地為自己打開(kāi)一個(gè)安全漏洞來(lái)掩蓋經(jīng)典攻擊引入的額外噪聲，最終成功地獲取安全密鑰信息，這是一種有效的量子黑客攻擊方案。更重要地，對(duì)上述量子黑客攻擊進(jìn)行有效地抵御是一項(xiàng)關(guān)鍵的任務(wù)。我們發(fā)現(xiàn)在一個(gè)實(shí)際GMCSCVQKD系統(tǒng)中，系統(tǒng)實(shí)際調(diào)制方差的變化與VOA衰減量的改變是同步的。因此，對(duì)系統(tǒng)調(diào)制方差進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控可以關(guān)閉由降低光衰減打開(kāi)的安全漏洞，具體監(jiān)控方案在下一小節(jié)中進(jìn)行詳細(xì)介紹。3.3防御方案上述研究展示了降低光衰減對(duì)系統(tǒng)參數(shù)估計(jì)及理論安全密鑰率評(píng)估的影響。分析結(jié)果表明降低的光衰減可為Eve打開(kāi)一個(gè)安全漏洞，這嚴(yán)重地威脅了系統(tǒng)的實(shí)際安全性。為了移除這個(gè)安全漏洞，可以在系統(tǒng)發(fā)射端的輸出端口添加一個(gè)光隔離器來(lái)抵御潛在的激光損壞攻擊。具體地，首先根據(jù)光纖的性能分析計(jì)算出Eve注入光強(qiáng)度的界[25]，并為GMCSCVQKD系統(tǒng)選擇一款合適的光隔離器。然而，光隔離器的性能也有可能被Eve通過(guò)激光損壞攻擊來(lái)降低，這大大降低了對(duì)上述量子黑客攻擊抵御的有


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