以保密容量為評價指標,定量分析了正交相移鍵控(QPSK)量子噪聲隨機加密(QNRC)系統(tǒng)的物理層安全性。分別建立了密鑰和數(shù)據(jù)竊聽信道模型,推導了密鑰保密容量及數(shù)據(jù)保密容量的表達式,并得到了系統(tǒng)的最大可達安全速率。評估了關(guān)鍵系統(tǒng)參數(shù)(進制數(shù)、內(nèi)部光放大器增益、介觀相干態(tài)功率)對QPSK-QNRC系統(tǒng)密鑰及數(shù)據(jù)安全性的影響,并在同一框架下與相移鍵控(PSK)-QNRC系統(tǒng)進行了比較。結(jié)果表明,關(guān)鍵系統(tǒng)參數(shù)對兩個系統(tǒng)安全性的影響規(guī)律一致,相比PSK-QNRC系統(tǒng),QPSK-QNRC系統(tǒng)的密鑰安全性和最大可達安全速率較高,數(shù)據(jù)安全性略低,且介觀功率水平較強。同時發(fā)現(xiàn),PSK-QNRC系統(tǒng)的最大可達安全速率主要受限于密鑰的安全性,而QPSK-QNRC系統(tǒng)的最大可達安全速率主要受限于數(shù)據(jù)的安全性。

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【部分圖文】：

圖1QPSK-QNRC系統(tǒng)模型

QPSK-QNRC系統(tǒng)的模型如圖1所示，其中，合法通信雙方Alice和Bob共享長度為T的種子密鑰K(T）。通過密鑰擴展函數(shù)（ENC），種子密鑰K(T）被擴展成長度為N的密鑰U(N),U(N）可被分為n個子密鑰，即U(N)=(u1,u2，…，un）。每個子密鑰ug,g=1,2，…....

圖2加密編碼星座圖。（a)PSK-QNRC;(b)QPSK-QNRC

式中，α為介觀信號的幅度，|〉為介觀態(tài)。若密文mi為32進制，則|φ（mi）〉的加密編碼星座圖如圖2所示，其中，PSK-QNRC系統(tǒng)中的w為2進制數(shù)據(jù)，v為16進制密鑰；QPSK-QNRC系統(tǒng)中的x為4進制數(shù)據(jù)，u為8進制密鑰。密鑰可用來確定基態(tài)，密鑰相同，則表示密文處于同組基態(tài)....

圖3保密容量隨進制數(shù)M的變化曲線。（a)CSu0;(b)CSx0

當介觀相干態(tài)功率PS0=-40dBm，內(nèi)部光放大器增益G0=30dB，竊聽比例r=1時，得到PSK-QNRC、QPSK-QNRC系統(tǒng)的密鑰歸一化保密容量CSu0隨進制數(shù)M的變化，如圖3(a）所示。PS0=-40dBm,G0=30dB，傳輸距離LB=500km，信號通過率t=1時，....

圖4保密容量隨內(nèi)部光放大器增益的變化曲線。（a)CSu0;(b)CSx0

圖4(a）為QPSK-QNRC和PSK-QNRC系統(tǒng)中G0對密鑰歸一化保密容量CSu0的影響，其中，PS0=-40dBm,M=32，竊聽比例r={0.01,1}。可以發(fā)現(xiàn)，當竊聽比例r為1時，CSu0隨G0的增大而增大；當竊聽比例為0.01時，CSu0隨G0的增大而減小。當增益超....

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