Assumptions in Quantum Cryptography
量子密码学使用物理学和计算机科学的技术和思想。这些思想的结合使得量子密码的安全性证明成为一项复杂的任务。为了证明量子密码协议是安全的，对协议及其设备进行了假设。如果这些假设在实现中不合理，那么窃听者可能会破坏协议的安全性。因此，安全性在很大程度上取决于在协议的实现中做出了哪些假设以及这些假设的合理性。本文主要是对量子密码协议的安全性证明与实验实现之间的联系进行分析和阐述。特别是，我们专注于量子密钥分发：在两方之间分发一个秘密的随机密钥的任务。我们提供一个全面的介绍几个概念：量子力学使用的密度算子形式主义，量子密码学，和量子密钥分发。我们定义了量子密钥分发的安全性，并概述了几种数学技术，可以用来证明安全性或简化安全证明。此外，我们还分析了量子密码学中的假设，以及它们在实现中可能会或可能不会被证明是合理的。随着审查，我们提出了一个框架，量子密钥分配协议和他们的假设分解成几个类。协议类可用于阐明哪种证明技术适用于哪种协议。假设类可用于指定哪些假设在实现中是合理的，哪些假设可能被窃听者利用。讨论了作者的两个贡献：两个双向量子密钥分配协议的安全性证明和一个数据处理不等式的直观证明。
2015-05-11 quant-ph
Quantum cryptography based on photon ``frequency'' states: example of a possible realization
提出了一种利用不同频谱的单光子态作为信息载体的量子密码体制。一个可能的实验实现的密码系统进行了讨论。
1998-11-16 quant-ph
Secrecy, Computational Loads and Rates in Practical Quantum Cryptography
讨论了量子密码系统在实际应用中遇到的一些问题，包括在存在完美和不完美信源的情况下的无条件保密性、计算量和有效保密率。在量子密码学的背景下讨论了不同类型的无条件保密性及其与一般通信安全性的关系。为了实际执行量子密码协议，有必要提供足够的计算资源来执行各种处理步骤，例如筛选、纠错、隐私放大和认证。我们展示了支持实际量子密码实现所需的完整计算机机器指令要求。我们进行了一个数值比较系统的性能特性的实现，利用弱相干光源或完美的单光子源，窃听者的特点是不同水平的技术能力的量子信道上的个人攻击。我们发现，虽然在某些情况下，它是最好的采用完美的单光子源，在其他情况下，它是最好的利用弱相干源。在任何一种情况下，最终共享密码的保密级别都是相同的，相关的区别性品质因数是有效吞吐率。
2002-09-11 quant-ph
Photon-Number-Splitting versus Cloning Attacks in Practical Implementations of the Bennett-Brassard 1984 protocol for Quantum Cryptography
在实际的量子密码学中，源有时会产生多光子脉冲，从而使窃听者Eve能够执行强大的光子数分裂（PNS）攻击。最近，Curty和Lutkenhaus [Phys.Rev.A69，042321（2004）]表明，当存在两个光子时，PNS攻击并不总是最佳攻击：如果在Alice-Bob的相关性中存在错误，并且如果Eve不能修改Bob的检测效率，则Eve使用基于2->3克隆机的另一种攻击获得更大量的信息。在这项工作中，我们将这种分析扩展到所有的距离爱丽丝鲍勃。我们确定了一种新的非相干2->3克隆攻击，它比以前描述的性能更好。使用它，我们确认，在存在错误的情况下，夏娃的更好的策略使用2->3克隆攻击，而不是PNS。然而，这种改进对于Bennett-Bennard 1984（BB84）协议的实现是非常小的。因此，这些新攻击的存在在概念上是有趣的，但基本上不会改变BB84的安全参数的值。主要结果是有效的泊松和亚泊松源。
2005-04-15 quant-ph
Quantum cryptography with and without entanglement
量子密码学的评论，首先使用纠缠的直觉和实验实现。接下来，在几个步骤中简化实现，直到它变得实用。此时纠缠已经消失。这种方法可以看作是应用物理的一课。最后，讨论了光子数分裂攻击等安全问题及其对策。
2003-12-01 quant-ph
Tight Finite-Key Analysis for Quantum Cryptography
尽管量子密码学在理论和实验上都取得了巨大的进展，但目前大多数量子密钥分发实现的安全性仍然没有得到严格的确定。主要问题之一是最终密钥的安全性高度依赖于合法方之间交换的信号的数量M。然而，在任何实际实现中，M都受到可用资源的限制，现有的安全证明通常仅对不切实际的大M值渐近有效。在这里，我们证明，理论和实践之间的差距可以克服使用最近开发的证明技术的基础上的不确定性关系的光滑熵。具体地说，我们考虑了一族Bennett-Bennard 1984量子密钥分发协议，并证明了对于中等的M值，可以保证对一般攻击的安全性。
2012-10-17 quant-ph
Fast, efficient error reconciliation for quantum cryptography
我们描述了一个新的错误协调协议{ \it Winnow}的基础上交换的奇偶校验和汉明的“综合征”的$N-$位的一个大的数据集的子单元。{ \it Winnow}是在量子密钥分发的背景下开发的，与量子密码学界广泛使用的其他协议相比，它具有显著的优势和更高的效率。详细的数学分析的Winnow的背景下，实际实现的量子密钥分发，特别是，安全实施所需的信息开销是一个特定的错误协调协议的评估中最重要的标准之一。Winnow效率的提高主要是由于减少了其实施所需的认证公共通信。
2003-01-22 quant-ph
Quantum cryptography via parametric downconversion
量子比特在密码学中的使用为安全的密码量子密钥分发方案带来了希望。它通常基于单光子偏振态。不幸的是，在通常的弱脉冲实验中实现的“量子比特”不是真正的二能级系统，并且基于这些不完美量子比特的量子密钥分发在存在高（现实）丢失率的情况下是完全不安全的。在这项工作中，我们研究了另一种潜在的实现：使用参数下转换过程生成的量子比特。我们发现，对于参量下转换小参量的一阶（双光子）和二阶（四光子），这种量子密钥分发的实现与理论版本是等价的.一旦考虑到现实的测量，基于参数下变频的量子密钥分发也遭受对极高（非现实的）损失的敏感性。通过根据丢失率选择过程的小参数，这两种量子密钥分发方案在原理上都可以安全地抵抗本文所研究的攻击。然而，在弱脉冲过程中，将小参数调整到所需的水平似乎是不切实际的。另一方面，这可以很容易地在参数下转换过程中完成，使其成为更有前途的实现。
1999-06-21 quant-ph
Implementation of Secure Quantum Protocol using Multiple Photons for Communication
本文介绍了一种用于云中服务器之间安全通信的量子密码协议的实现。随着计算能力的增加，基于计算复杂性的经典密码学和密钥管理方案变得越来越容易受到暴力攻击和密码分析攻击。目前量子密码学的实现基于BB84协议，该协议容易受到实际激光源发射的多个光子的虹吸攻击。三阶段协议，其实现在本文中描述，是从传统的做法出发，它消除了一些已知的漏洞，目前实现的量子密码。本文提出了一种在自由空间中实现三阶段量子通信协议的方法。据作者所知，这是量子协议的第一个实现，其中多个光子可以用于安全通信。
2012-08-30 cs.CR quant-ph
Black-Hole Radiation Decoding is Quantum Cryptography
本文提出研究高能物理现象与标准密码学原语存在性之间的等价关系，首次证明了黑洞辐射解码的难度与多种安全量子密码学原语（如比特承诺和遗忘传输协议）在存在性上等价，为安全密码学的存在提供了物理学证明。
2023-05-21 cs.CR quant-ph
Multiphoton and side-channel attacks in mistrustful quantum cryptography
不可信密码学包括重要的任务，如比特承诺，不经意传输，硬币翻转，安全计算，位置认证，数字签名和安全不可伪造的令牌。实际的量子实现目前使用光子设置。在许多这样的实现中，Alice发送对量子态进行编码的光子脉冲，并且Bob选择对这些状态的测量。在实践中，Bob通常使用单光子阈值探测器，其无法区分探测到的脉冲中的光子数量。此外，损耗和其他缺陷要求Bob报告检测到的脉冲。因此，恶意的Alice可以发送和跟踪多光子脉冲，从而获得有关Bob测量选择的信息，从而违反协议的安全性。在这里，我们提供了一个理论框架来分析这种多光子攻击，并提出了已知的和新的攻击。我们用一个实验来说明这些攻击的威力，并研究它们在早期不信任量子密码学实验演示中的应用。我们分析了基于选择性报道的对策，并证明了它们的不足。我们还讨论了侧信道攻击，其中Alice控制进一步的自由度或发送其他物理系统。
2021-09-08 quant-ph
Quantum Cryptography Using Momentum and Position Variables in a Simple Optical Arrangement
本文提出在由激光器、狭缝和透镜构成的简单光学装置中，利用位置与动量量子态实现BB84协议变体，从而验证了该量子密钥分发方案的可行性。
2025-05-07 quant-ph
Implementation of space-division multiplexed entanglement-based quantum cryptography over multicore fiber
本文在19芯多芯光纤中实验实现空分复用的纠缠量子密钥分发，利用SPDC光子对动量相关性将偏振纠缠光子对送入不同纤芯，并在411米传输后评估6芯与12芯配置的密钥率提升。
2024-01-09 physics.optics quant-ph
A brief introduction of quantum cryptography for engineers
本文介绍了量子密钥分发的基本原理，并讨论了几个著名的量子密钥分发协议。考虑到我们的大多数读者来自工程和实验光学，我们更专注于各种QKD协议的实验实现，而不是安全分析。这里涉及的另一个重要主题是实际QKD系统的安全性研究。
2010-02-23 quant-ph
Quantum Cryptography in Practice
BBN、哈佛大学和波士顿大学正在建设DARPA量子网络，这是世界上第一个通过高速量子密钥分发提供端到端网络安全的网络，并测试该网络是否能抵御复杂的窃听攻击。自2002年12月以来，我们实验室的第一个网络链接已经建立并稳定运行。它在私有飞地之间提供了一个虚拟专用网络，用户流量受到量子密码学的弱相干实现的保护。该原型适用于通过标准电信（暗）光纤部署在大城市规模的区域。在本文中，我们介绍量子密码学，讨论它与现代安全网络的关系，并描述其不寻常的物理层，其专门的量子密码协议套件（本身就很有趣），以及我们对量子密码学的扩展，将其与量子密码学集成在一起。
2003-07-07 quant-ph
Indistinguishable sub-nanosecond Pulse Generator
不可分辨的激光脉冲是量子密码学中实现量子比特的关键。在汽车框架中实现这样的加密需要紧凑和便宜。然而，量子密码学的现代实现是庞大和昂贵的。为了减小量子密码实现的形状因子，已经投入了大量的努力。我们报道了一种紧凑、低成本、不可分辨的亚纳秒脉冲发生器，它采用法布里-珀罗激光二极管，具有可调的延迟和幅度。该方法是基于电网络的代数拓扑公式推导出来的，其实现是对一个恒流节点的时间依赖性扰动，产生具有恒定预偏置的可调谐亚纳秒激励。在考虑自发发射和弛豫振荡影响的情况下，得到了半导体激光二极管的仿真模型参数。测得最短脉冲具有496 ps的FWHM。
2021-11-27 physics.app-ph quant-ph
Single photon quantum cryptography
我们报告了一个量子密码协议的完整实现，使用一个稳定和有效的源在室温下工作产生的单光子脉冲流。单光子脉冲由金刚石单晶中的单个氮空位（NV）色心按需发射。量子误码率小于4.6%，安全比特率为9500 bits/s。我们的系统的整体性能达到了一个域，单光子有一个可衡量的优势，基于衰减光脉冲的等效系统。
2002-06-19 quant-ph
Two-way Protocol for Quantum Cryptography with Imperfect Devices
在单光子不完全产生和检测的假设下，研究了一个确定性量子通信方案LM05 [1]在有耗信道中的安全性.结果表明，该方案允许可加密安全比特的速率高于BB84 [2]。我们报告的第一个实施LM05与弱脉冲。
2006-05-11 quant-ph
Unambiguous State Discrimination of Coherent States with Linear Optics: Application to Quantum Cryptography
讨论了利用线性光学和光电探测器对N个对称相干态进行无模糊态鉴别的几种方法。一种类型的测量被证明是最佳的小光子数的限制为任何N。对于N=4的特殊情况，该测量可以由接收端（Bob）在使用微弱激光脉冲的BB84量子密钥分发协议的实现中有效地使用。特别地，如果Bob仅检测到单个光子，则该过程等同于他在BB 84的单光子实现中必须执行的标准测量，如果他检测到两个光子，则Bob将在50%的情况下明确地知道发送给他的比特，而不必交换基础信息，并且如果检测到三个光子，则Bob将明确地知道发送了哪个量子态。
2002-07-24 quant-ph
Continuous Variable Quantum Cryptography - beating the 3 dB loss limit
我们证明了基于连续变量实现的安全量子密钥分发系统可以超过光束分裂攻击所暗示的明显的3 dB损失限制。对于标准的最小不确定态，如相干态，建立了损失极限。我们表明，通过适当的后选择机制，我们可以进入一个区域，夏娃的知识落后于Alice和Bob之间共享的信息，即使在存在重大损失。
2002-08-19 quant-ph
A Practical Trojan Horse for Bell-inequality-based Quantum Cryptography
量子密码学，或者更准确地说，量子密钥分发（QKD）是基于使用无条件安全的"量子信道“在两个用户之间共享密钥。QKD设备的制造商可以有意或无意地使用（半）经典信道而不是量子信道，这将消除所谓的无条件安全性。一个示例是BB84协议，其中量子信道可以以单光子的偏振来实现。这里，使用几个光子而不是一个光子来编码密钥的每个比特提供了一个类似但不安全的系统。对于基于违反贝尔不等式的协议（例如，Ekert协议），情况有些不同。虽然一些作者提到了这种可能性，但通常认为（半）经典信道的实现将与量子信道的实现显著不同。这里，将使用与光子偏振Ekert QKD中使用的相同的物理设置给出反例。由于物理实现是相同的，制造商可以将此修改作为特洛伊木马程序包含在制造的系统中，由窃听者随意激活。因此，密码学的古老真理仍然存在：你必须信任你的加密设备的制造商。即使你违反了贝尔不等式。
2003-03-17 quant-ph
Complementarity of Private and Correctable Subsystems in Quantum Cryptography and Error Correction
我们在量子密码学的基本概念和量子纠错之间建立了明确的联系。量子信道的纠错子系统（和子空间）是量子信息处理的物理实现中对抗噪声的关键载体。量子信道的私有子系统（和子空间）在量子秘密共享和私有量子通信等密码方案中起着核心作用。我们表明，一个子系统是私人的一个通道，正是当它是一个互补的通道纠正。这一结果表明，即使是私人和可纠正的钻石规范的超算子定义的近似概念。
2007-11-21 quant-ph
Deterministic and Efficient Quantum Cryptography Based on Bell's Theorem
我们提出了一种新的基于双纠缠的量子密码协议，是高效的和确定性的。该提案使用在偏振和时间自由度上都具有纠缠的光子对;每次测量中，两个通信方都记录了一个光子，可以建立一个且只有一个完美的相关性，从而确定性地创建一个密钥位。通过违反局部真实性可以检测到Ehrman dropping。该协议的一个变体显示出更高的安全性，类似于六状态协议，在个人攻击下。我们的计划允许一个强大的实现在目前的技术。
2006-05-05 quant-ph
Security Bounds for Quantum Cryptography with Finite Resources
实用的量子密钥分发（QKD）协议必须在有限时间内运行，因此，仅交换有限量的通信。这与大多数关于QKD安全性的标准结果相反，这些结果仅在传输信号的数量接近无穷大的情况下才成立。本文在通信量有限的现实假设下分析了量子密钥分配的安全性。在一般形式主义的水平上，我们提出了新的结果，有助于简化QKD协议的实际实现：特别是，我们表明，对称化步骤，这是某些安全证明所需要的（例如，基于de Finetti表示定理的证明），在实际实现中可以省略。此外，我们演示了如何双向和解协议可以考虑在安全分析。在数值估计的水平上，我们提出了有限资源的“设备无关的安全”对集体攻击的界限。
2008-06-01 quant-ph
Robust quantum cryptography with a heralded single-photon source based on the decoy-state method
在本文中，我们描述了一个鲁棒的量子密码方案与一个预示单光子源的基础上的诱骗态方法，已被证明是由数值模拟相比，许多其他的实际方案，不仅在安全的密钥生成速率，而且安全的传输距离是有利的。我们对该方案进行了实验验证，结果很好地支持了数值模拟的结论。虽然我国现有的系统还存在许多不足，但仍足以证明该方案的优越性。此外，即使考虑到成本和技术的可行性，我们的方案仍然是相当有前途的实现未来的量子密码。
2008-03-25 quant-ph
Unambiguous state discrimination in quantum cryptography with weak coherent states
在量子密钥分发（QKD）的实际实现中使用线性无关的信号状态使得窃听者能够执行明确的状态鉴别。考虑到接收器可以在一定程度上监测信号的光子数统计，即使与今天的标准检测方案，我们定量地探讨了这一事实所施加的安全QKD的限制。我们比较我们的攻击的分束攻击，并表明，对分束攻击的安全性并不一定意味着对这里考虑的攻击的安全。
2000-04-27 quant-ph
Security proof of Counterfactual Quantum Cryptography against General Intercept-resend Attacks and Its Vulnerability
Noh最近提出的反事实量子密码（CQC）具有不传输信号粒子的特点。这表现出明显的安全优势，如它的免疫力众所周知的PNS攻击。本文通过对窃听者Eve的信息进行比Yin的方案更严格的限制，证明了CQC协议在一般拦截重发攻击下的理论安全性[Phys. Rev. A 82，042335（2010）].它还表明，实际的CQC实现可能是脆弱的，当配备有不完美的设备，通过证明，可以实现负的密钥速率时，夏娃发起时移攻击的基础上不完美的检测器效率。
2011-05-17 quant-ph
Towards practical and fast Quantum Cryptography
我们提出了一个新的协议，实用的量子密码学，为实现弱相干脉冲量身定制。通过数据线上非常简单的到达时间测量获得密钥;在额外的监测线上建立干涉仪，允许监测间谍的存在（她的干预会破坏相干性）。针对零错误攻击（光子数分裂攻击的模拟），该协议的性能与具有强参考脉冲的标准协议一样好：密钥速率仅随着量子信道的传输$t$而降低。我们还提出了两种攻击，引入错误的监测线：拦截重发，和两个后续脉冲的相干攻击。最后，我们勾勒出这个协议的几个可能的变化。
2004-11-03 quant-ph
Manipulating Transverse Modes of Photons for Quantum Cryptography
已经提出了几种方案来扩展量子密钥分发协议，旨在提高其安全性或为量子比特实现提供新的物理衬底。我们提出了一个工具箱，共同创建，操纵和测量量子比特存储在偏振和横向模式自由度的单光子。该工具箱包括对单个量子位的本地操作，两个量子位之间的受控操作以及四维状态空间中各种非本地基的投影测量。我们描述了如何实现工具箱来执行BB84协议的扩展版本，用于这个希尔伯特空间（理想情况下每个光子传输两个密钥位）。我们提出了实验实施的测量方案，无论是在制度的强光束和单光子。因此，我们展示了实现该协议的可行性，为使用光的偏振和横模作为量子比特的量子信息处理提供了一个有趣的例子。
2013-12-19 quant-ph
A new spin on quantum cryptography: Avoiding trapdoors and embracing public keys
我们给出了支持\emph{signed quantum key establishment}的新参数，其中量子密码学用于提供所需认证的公钥基础设施。我们还比以前的作品更彻底地分析了量子密钥建立协议相对于某些经典协议的好处，部分原因是有时会提出对量子密钥建立的各种反对意见。本文不需要读者之前的量子密码学知识，因为我们使用的“量子密钥建立”的定义是完全经典和黑盒表征（人们只需要相信满足定义的协议存在）。
2011-09-15 quant-ph
Quantum cryptography beyond key distribution: theory and experiment
University of Vienna（维也纳大学）；École de Technologie Supérieure（高等技术学院）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）；QUBO Technology GmbH（QUBO技术有限公司）
本文综述了量子密码学超越密钥分配的理论与实验发展，探讨了安全量子计算及各类密码学原语的安全性与实现。
2025-11-29 quant-ph
Eavesdropping on practical quantum cryptography
量子密码学的实际实现使用衰减的激光脉冲而不是单个光子作为信号源。用于传输的信道也是有损耗的。在这里，我们给出了一个简单的推导两个光束分裂攻击量子密码系统使用激光脉冲，无论是相干或混合态与任何平均光子数。我们还给出了一个简单的推导光子数分裂攻击，最先进的，无论是在性能和技术要求。我们找到了一个给定的平均光子数和观察到的信道传输效率的秘密密钥可以蒸馏的最大干扰的界限。首先，我们回顾了两个非相干攻击，可以用于单光子量子密码系统。然后，这些结果适用于使用激光脉冲和有损信道的系统。
2002-11-24 quant-ph
General theory of decoy-state quantum cryptography with source errors
现有的诱骗态量子密码理论假设Alice的信源可以精确控制每个态。这种精确的控制在实践中是不可能的。我们发展了诱骗状态方法的理论，使得即使信源存在状态误差，只要已知状态中的几个参数的范围，诱骗状态方法也是无条件安全的。该理论简化了诱骗态量子密钥分发的实际实现，因为即使脉冲的微小错误不被纠正，也可以用稍微缩短的最终密钥实现无条件安全。
2008-04-30 quant-ph
On the Design and Optimization of a Quantum Polynomial-Time Attack on Elliptic Curve Cryptography
我们考虑一个量子多项式时间算法，它解决了离散对数问题的椭圆曲线上的点在$GF(2^m)$。我们改进了早期的算法，通过构建一个有效的电路，二进制有限域的元素相乘，并表示椭圆曲线点，使用基于投影坐标的技术。我们提出的实现，可执行的线性最近邻（LNN）架构的深度，是$O(m^2)$，这是一个改进的$O(m^3)$推导假设没有架构的限制。
2009-02-06 quant-ph
Quantum cryptography with finite resources: unconditional security bound for discrete-variable protocols with one-way post-processing
基于一个可组合的、具有操作意义的安全性定义，推导出了有限资源量子密钥分发系统在单向后处理下的安全性界。虽然我们的证明依赖于集体攻击的假设，但无条件安全性立即遵循Bennett-Bennard 1984和六状态等标准协议。对于这种协议的单量子比特实现，我们发现当至少N个\sim 10 ^5信号被交换和处理时，密钥速率变为正。对于任何其他离散变量协议，可以使用指数de Finetti定理获得无条件安全性，但额外的开销导致非常悲观的估计。
2008-06-01 quant-ph
Quantum Cryptography with Coherent States
量子密钥分发系统的安全性依赖于这样一个事实，即任何对量子信道的窃听尝试都会在传输中产生错误。对于一个给定的错误率，信息量，可能已经泄漏给窃听者取决于特定的系统和窃听策略。在这项工作中，我们讨论了基于弱相干态传输的量子密码协议，并提出了一个新的系统，基于两个现有的共生，并为窃听者提供的信息显着减少。因此，该系统比前两个系统更安全。我们还提出了一个可能的实验实施。
1995-02-21 quant-ph
Field Experiment on a Robust Hierarchical Metropolitan Quantum Cryptography Network
本文报道了一个基于市内商业通信光缆的分层城域量子密码网络。七用户网络包括一个四节点骨干网，其中一个节点充当子网网关，一个两用户子网和一个单光纤接入链路，这是由法拉第-迈克耳孙干涉仪设置实现的。本文综合了量子路由器、光开关和可信中继等技术，保证了量子密码网络的可行性和可扩展性。该网络的五个节点位于政府部门，利用量子密钥分发网络产生的安全密钥对这些部门之间传输的即时视频、声音、文本消息和机密文件进行加密。整个实现包括层次化的量子密码通信网络链路和相应的应用软件，向实用的面向用户的高安全级别网络迈进了一大步。
2009-07-23 quant-ph
Position-based quantum cryptography over untrusted networks
在本文中，我们提出了量子位置验证方案，其中除了证明者和验证者的远程参考站的位置之外，所有的信道都是不可信的。我们回顾和分析现有的QPV计划包含一些预先共享的数据之间的证明者和验证者。这些方案大多基于非密码学假设，即验证者之间的量子/经典信道是安全的。在完全由对手控制的环境中，这似乎是不切实际的，并会导致实际实施中的安全妥协。然而，我们提出的量子位置验证的公式更健壮，更安全，更符合密码学的标准假设。此外，一旦证明者的位置被验证，我们的方案建立并行的密钥，并可用于认证和证明者和验证者之间的秘密通信。
2014-07-06 quant-ph
Experimental wavelength-multiplexed entanglement-based quantum cryptography
在现有的量子密钥分发（QKD）系统中，提高密钥生成速率的主要限制因素是探测光子的时间分辨率。在这里，我们提出并通过实验证明了一种克服这种限制的策略，也适用于高损耗和长距离的实现。我们利用纠缠光子的内在波长相关性，利用波长复用从偏振纠缠产生量子安全密钥。所提出的方法可以集成到基于光纤和卫星的量子通信方案中，而无需对大多数类型的纠缠源进行任何更改。这种技术具有巨大的缩放潜力，允许增加几个数量级的安全密钥速率相比，非复用方案。
2021-06-25 quant-ph
Experimental quantum cryptography with single photons and imperfect devices
University of Waterloo（滑铁卢大学）；Department for Quantum Technology, University of Münster（明斯特大学量子技术系）；Institute for Physics and Astronomy, Technical University of Berlin（柏林工业大学物理与天文学研究所）；Toshiba Europe Ltd.（东芝欧洲有限公司）；Advanced Quantum Light Sources GmbH（先进量子光源有限公司）；Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Devices, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences（中国科学院半导体研究所光电材料与器件重点实验室）
研究利用半导体量子点光源单光子结合动态偏振态编码实现BB84协议，考虑单光子源及接收器的不完美性与误差范围，证明其安全性并分析性能，展现竞争力，为QKD实用无漏洞实现铺路。
2026-07-22 quant-ph
Quantum cryptography without detector vulnerabilities using optically-seeded lasers
量子密码学的安全性不断受到针对密码设置的真实组件的创造性攻击的挑战，并通过新的对抗措施来挫败它们。由于其高灵敏度和复杂的设计，探测器是最经常受到攻击的部件。最近的研究表明，可以利用来自独立光源的双光子干涉来避免在通信信道的两端使用检测器。这种新形式的检测安全的量子密码术，称为测量设备无关的量子密钥分发（MDI-QKD），已被实验证明，但具有适度的交付密钥速率。在这里，我们介绍了一种新的脉冲激光播种技术，以获得高可见度的干扰增益开关激光器，从而执行量子密码学没有检测器的漏洞与前所未有的比特率，超过1 Mb/s。这比现有的实现方式提高了2到6个数量级，并首次将新方案作为量子安全通信的实用资源。
2015-10-01 quant-ph
Security of two quantum cryptography protocols using the same four qubit states
第一个量子密码协议是由Bennett和Bennard于1984年提出的（BB84），近年来得到了广泛的研究。该协议使用四种状态（更准确地说，两个互补碱基）来编码经典位。最近，已经注意到，通过使用相同的四种状态，但是不同的信息编码，可以定义在实际实现中更鲁棒的新协议，特别是当使用衰减的激光脉冲而不是单光子源时[V. Scarani等人，物理修订信函{ \bf 92}，057901（2004）;称为SARG 04]。我们提出了一个详细的研究SARG 04在两个不同的制度。在第一部分中，我们考虑一个单光子源的实现：我们推导出的错误率上的界限$Q$对所有可能的攻击的窃听者的安全。获得的SARG 04（分别为$Q\lesssim 10.95%$和$Q\gtrsim 14.9%$）的下限和上限接近获得的BB 84（分别为$Q\lesssim 12.4%$和$Q\gtrsim 14.6%$）。在第二部分中，我们考虑由衰减激光组成的现实源，并通过允许Alice优化作为距离的函数的光子的平均数来改进先前的分析。SARG 04被发现比BB84，无论是在秘密密钥速率和最大可实现的距离，为广泛的类夏娃的攻击。
2005-09-05 quant-ph
Security against eavesdropping in quantum cryptography
在这篇文章中，我们处理的BB84量子密码协议在噪声信道中使用广义隐私放大的安全性。为此，我们估计在隐私放大步骤期间需要丢弃的比特的分数。这种估计是针对两种情况给出的，这两种情况都假设窃听者独立地访问每个信号并考虑纠错。一种情形不允许窃听者的测量探针的延迟，直到他接收到附加的经典信息。在这种情况下，我们实现了一个尖锐的界限。另一种情况允许测量延迟，从而涵盖了窃听者对各个信号的一般攻击。这个界限并不明确，但允许协议的实际实现。
1997-11-18 quant-ph
Simplified instantaneous non-local quantum computation with applications to position-based cryptography
在类空间分离区域之间的非局部可观测量的瞬时测量可以在不违反因果关系的情况下进行。这一壮举依赖于纠缠的使用。在这里，我们为这项任务以及具有本地操作和单轮经典通信的多体量子计算的相关问题提出了新的协议。与以前已知的技术相比，我们的协议减少了纠缠消耗的指数量。我们还证明了一个线性下界的纠缠所需的实施一定的非本地测量的量。这些结果与基于位置的密码学有关：在通信量子位的数量上呈指数级缩放的纠缠量足以使任何这样的方案不安全。此外，我们表明，某些计划是安全的假设下，对手有更少的纠缠比给定的线性界限，并限于经典的通信。
2011-09-20 quant-ph
Measurement-device-independent quantum cryptography
理论上，量子密钥分发（QKD）提供了基于物理定律的信息理论安全。然而，由于现实生活中实现的不完善性，QKD的理论和实践之间存在很大的差距，最近已经被几个量子黑客活动所利用。为了填补这一空白，一种新的方法，称为测量设备无关的量子密钥分配（mdiQKD），已被提出。它可以从测量单元中删除所有的边信道，可以说是QKD系统中最脆弱的部分，从而为安全的QKD实现提供了一条清晰的途径。在这里，我们回顾了mdiQKD框架的最新发展，以及它的假设，优点和缺点。
2015-01-07 quant-ph
Quantum and Classical Noise in Practical Quantum Cryptography Systems based on polarization-entangled photons
量子密码密钥分发（QCKD）实验最近已经报道使用偏振纠缠光子。然而，在任何实际实现中，量子系统都会遭受与环境和量子测量系统的不必要或诱导的相互作用，表现为量子噪声，最终表现为统计噪声。在本文中，我们研究如何理想的偏振纠缠在自发参量下转换（SPDC）遭受量子噪声在其实际实现作为一个安全的量子系统，产生错误的传输比特序列。由于所有基于SPDC的QCKD方案都依赖于对重合的测量来断言双方之间的比特传输，因此我们将整体量子和统计噪声捆绑在一个穷举模型中来计算偶然重合。该模型预测的量子比特错误率和筛选的关键，并允许不同的安全标准之间的比较迄今提出的QCKD协议，从而在不同的系统的性能和优势的客观评估。
2003-01-08 quant-ph
The Secrecy Capacity of Practical Quantum Cryptography
量子密码学由于其提供无法通过任何计算努力解密的秘密通信的潜力而引起了最近的关注。这是对BB84协议的实际实现的保密性的第一次分析，该BB84协议同时考虑到并呈现了针对由于激光器的衰减输出中包含多个光子的脉冲的存在、密钥材料的各个块的有限长度、由于纠错的损失、隐私放大、连续认证、偏振检测中的误差、检测器的效率以及传输介质中的衰减过程。该分析解决了对单个光子的窃听攻击，而不是一般的集体攻击。特别重要的是，第一次推导出必要和足够的隐私放大压缩量，以确保对密钥材料丢失的保密性，这是当窃听者对包含多个光子的脉冲进行优化的单独攻击时发生的。结果表明，只有一小部分的信息在多光子脉冲实际上是丢失的窃听。
2001-06-06 quant-ph
Cloning Games, Black Holes and Cryptography
MIT（麻省理工学院）
介绍分析克隆博弈新工具，基于二元相位态分析新克隆博弈。结果表明其或能克服此前候选方案局限，给出相关安全边界，还展示了从最坏情况到平均情况的归约，有黑洞物理和不可克隆密码学等应用。
2026-07-07 cs.CR hep-th quant-ph
Security of classical noise-based cryptography
我们研究的安全性协议的密码密钥分发通过经典的噪音提出的Yuen和Kim（物理Lett。A 241 135（1998））。从安全密钥分发速率的角度进行的理论和实验分析表明，只要接收方的信噪比优于窃听方信噪比的-9dB，即使窃听方接收到的光子数比合法接收方多，也可以实现安全的密钥分发。在使用传统纤维光学的实验中，在每个发送者比特的最大速率为0.04比特和传输速率为2 Mb/s的情况下，证明了安全密钥分发。与其他量子密钥分发协议相比，该协议具有密钥分发效率高、实现简单等优点。然而，为了保证密码系统的安全性，需要精心的设计和管理。
2001-03-22 quant-ph
Relativistic quantum cryptography
在这篇论文中，我们将探讨相对论性限制对密码学的好处。我们首先回顾了非通信模型及其在交互式证明和密码学中的应用。我们提出了位承诺协议的安全性取决于通信约束，并调查其局限性。我们解释了一些非通信模型可以证明狭义相对论和研究这些模型的局限性。特别是，我们提出了一个多轮相对论协议的安全性分析框架。论文的第二部分致力于分析具体的协议。我们首先考虑最近提出的两轮量子比特承诺协议。我们提出了一个容错的协议的变体，提出了一个完整的安全分析和报告的实验实施在日内瓦大学的实验组合作。我们还提出了一个新的，多轮的经典比特承诺协议，并证明了其对经典对手的安全性。这表明，在经典世界中，即使代理人被限制在有限的空间区域内，也可以实现任意长的承诺。此外，该协议很容易实现，我们报告的实验与日内瓦小组合作。
2015-12-02 quant-ph
Thermodynamic Limits of Quantum Search
Institut für Quantenphysik und Zentrum für Optische Quantentechnologien, Universität Hamburg（量子物理研究所与光学量子技术中心，汉堡大学）；Universität Hamburg（汉堡大学）；The Hamburg Centre for Ultrafast Imaging（汉堡超快成像中心）
研究探讨了量子搜索算法的热力学极限，推导出工作与运行时间的权衡关系，并通过定制量子协议验证了该下限的紧性，表明在暗能量主导的宇宙中，831位密钥无法在星系形成停止前被确定性恢复。
2026-03-13 quant-ph
Black-Box Separation Between Pseudorandom Unitaries, Pseudorandom Isometries, and Pseudorandom Function-Like States
该研究通过构建酉算子谕示和基于量子奇异值变换的敌手，证明了伪随机酉算子、伪随机等距算子与类伪随机函数态生成器三类量子伪随机原语之间的三类黑盒构造不可能性，部分解决了其等价性开放问题。
2025-10-06 quant-ph
Benchmarking the quantum cryptanalysis of symmetric, public-key and hash-based cryptographic schemes
量子算法可以打破基于因子分解和离散对数的密码学，并削弱对称密码学和哈希函数。为了估计这些攻击对现实世界的影响，除了跟踪容错量子计算机的发展之外，重要的是要估计实施这些量子攻击所需的资源。对于攻击对称加密和哈希函数，一般的量子攻击远不如今天的公钥加密强大。因此，随着量子计算资源的增加，安全性将逐渐降低。目前，由于容错量子纠错的成本，存在大量的资源开销。我们使用量子容错中最先进的方法来估计这种开销。我们使用最先进的优化电路，尽管其实现的进一步改进也会减少实施这些攻击所需的资源。为了限制进一步电路优化的潜在影响，我们提供了成本估计，假设这些功能的实现成本很低。这些数字表明了基于我们今天所知道的（以及对量子硬件的各种假设）的各种对称方案和散列函数的有效比特强度，并确定了应该继续跟踪的各种潜在改进。作为一个例子，我们还研究了比特币的工作量证明系统的影响。对于许多目前使用的非对称（公钥）密码体制的基础上RSA和椭圆曲线离散型，我们再次提供成本估计的基础上的密码分析，电路编译和量子容错理论的最新进展。例如，这些允许直接比较RSA和椭圆曲线密码术在固定经典位强度下的量子脆弱性。
2019-02-07 quant-ph
Threshold Quantum Cryptography
目前大多数关于量子密码学的研究都需要传输和接收单光子，这给实现带来了严峻的挑战，并限制了范围。本文讨论了阈值量子密码协议的发展，在该协议中，只要Alice和Bob之间交换的光子数低于指定的阈值，系统就是安全的。我们说一个（p-k-n）阈值系统，如果交换的光子数小于p，系统是完全安全的，当它在p和k之间时，系统是部分安全的，当它超过k时，系统是不安全的。BB84协议是（1-1-1），而三阶段协议似乎是（p-4p-n），其中p是确定相同制备光子的偏振状态所需的最少光子数。应该寻找新的量子密码系统，在p和k的选择上提供更大的灵活性。
2013-10-23 cs.CR quant-ph
