An Information-theoretical Secured Byzantine-fault Tolerance Consensus in Quantum Key Distribution Network
量子密钥分发（QKD）网络有望提供长距离的信息理论安全（ITS）通信。基于QKD网络的可信中继体系结构是目前应用最广泛的方案。然而，这是一个不切实际的假设，所有的中继是完全可信的复杂网络。在过去，只有少数研究从理论上分析了不诚实中继的被动窃听攻击情况和相应的防御方法。然而，我们发现不诚实中继的主动攻击可能更具威胁性。在考虑被动攻击和主动攻击的情况下，将不诚实中继节点视为拜占庭节点，分析了QKD网络所能容纳的拜占庭节点的上限。本文提出了一种基于点对点QKD链路的ITS拜占庭容错（BFT）QKD网络方案来实现端到端的密钥分发。为了保证QKD网络的一致性并提供BFT能力，我们为该网络方案设计了一个ITSBFT共识协议。为了保证一致性的信息论安全性，我们设计了一个基于点对点QKD链路密钥的临时签名方案。为了防止拜占庭节点干扰密钥分发的执行过程，设计了一种结合共识机制的端到端密钥分发方案。从QKD密钥分发安全性、临时签名安全性、一致性安全性和领导者选举公平性四个方面对ITSBFT-QKD网络方案进行了理论分析。仿真结果证明了该方法的可行性和性能。
2022-04-21 cs.NI quant-ph
Relaxing Trust Assumptions on Quantum Key Distribution Networks
本文针对 QKD 网络必须完全信任中继的限制，划分 FAT、PAT、NAT 三级信任模型，并提出面向无访问信任的集中式与去中心化密钥管理方案。
2024-12-03 cs.NI quant-ph
A Practical Multi-Protocol Collaborative QKD Networking Scheme
针对QKD网络需平衡强可信中继依赖度与通信能力的问题，提出多协议协同组网单元及基于流模型的最优拓扑设计方法，在保障通信能力的同时降低强可信中继依赖，推动QKD网络实用化。
2023-12-14 quant-ph
Free-space reconfigurable quantum key distribution network
提出了一种自由空间可重构的量子密钥分发（QKD）网络，用于移动用户之间的安全通信。根据网络中继的可信度，用户可以实现高度安全的测量设备无关的QKD，或高效的诱饵状态BB84 QKD。基于相同的量子基础设施，我们还提出了一种允许丢失的量子位置验证方案，该方案允许QKD用户在不依赖预共享密钥的情况下发起QKD过程。
2015-10-16 quant-ph
Quantum utility routing in continuous-variable QKD networks with trusted and untrusted relays
Lahore University of Management Sciences（拉合尔管理科学大学）
本文提出量子效用路由（QUR）框架，将有限尺寸密钥速率直接纳入路由搜索，平衡瓶颈SKR与资源使用，在CV-QKD网络中实现密码性能与资源消耗的可配置权衡。
2026-10-05 quant-ph
Topological optimization of hybrid quantum key distribution networks
本研究针对QKD网络拓扑设计的复杂难题，首次从拓扑角度研究混合QKD网络，提出成本约束下优化设备部署与不可信中继选择的解析模型，仿真验证了混合组网的性能优势与模型的有效性。
2020-08-20 cs.NI quant-ph
Multi-Hop Quantum Key Distribution with Passive Relays over Underwater Turbulence Channels
在水下信道中经历的吸收、散射和湍流严重限制了量子通信的范围。在本文中，为了克服范围的限制，我们研究了多跳水下量子密钥分发（QKD），中间节点帮助源和目的节点之间的密钥分发。我们考虑部署无源中继器，其简单地将量子比特重定向到下一个中继节点或接收器而不进行任何测量。在近场分析的基础上，我们给出了中继辅助QKD方案在不同大气条件下的性能。我们进一步研究了系统参数（孔径大小和探测器视场）对可实现距离的影响。
2022-06-13 eess.SP quant-ph
A Guide to Global Quantum Key Distribution Networks
描述了用于部署覆盖网络的跨洋、长途、城域和接入段的全球量子密钥分发（QKD）网络的系统和方法。对最先进的QKD技术进行了比较研究，包括通过光纤和自由空间光学的地面QKD，以及通过卫星的星载解决方案。我们比较了各种现有QKD技术的优缺点，包括信道损耗、潜在干扰、距离、连接拓扑、部署成本和要求以及应用场景。针对每个网络段中的各种不同QKD解决方案制定了技术选择标准和部署要求。例如，基于光纤的QKD由于其有限的距离和与点对多点（P2 MP）拓扑的兼容性而适用于接入网络;在可信中继的帮助下，它可以扩展到长途和城域网络。另一方面，星载QKD具有更小的信道损耗和更长的传输距离，可用于利用基于卫星的可信中继的跨洋和长途网络。
2021-02-26 cs.CR cs.CY cs.NI
Integrity from Algebraic Manipulation Detection in Trusted-Repeater QKD Networks
University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）；QuSoft
本文提出首个在可信中继QKD网络中提供保密性和完整性的协议，结合AMD码与多路径中继技术，实现信息论安全。
2026-01-20 cs.CR quant-ph
Enhancing Long-distance Continuous-variable Quantum-key-distribution with an Error-correcting Relay
University of Technology Sydney（悉尼科技大学）；Sydney Quantum Academy（悉尼量子学院）；University of Queensland（昆士兰大学）
本研究通过结合噪声less线性放大器和单位元平均协议，提升长距离连续变量量子密钥分发的性能，突破无中继系统的根本速率-距离限制。
2026-11-09 quant-ph
Authentication and routing in simple Quantum Key Distribution networks
我们认为，一旦出现的各种问题，试图实际实现简单的量子中继网络的QKD。特别是，我们讨论了认证和路由，这是任何QKD网络的基本组成部分。本文旨在解决量子密钥分发网络的量子和网络方面之间的一些差距，通常保留给物理学和计算机科学的专家分别。
2005-06-01 cs.CR cs.NI quant-ph
Could Gaussian regenerative stations act as quantum repeaters?
较高的传输损耗降低了光通信的性能|无论是经典或量子数据可以被可靠地发送的速率，还是量子密钥分发（QKD）的安全密钥生成速率。损失随距离增加而增加|在光纤中是指数的，而对于自由空间信道是距离的平方反比。为了在长距离上提高经典通信速率，通常在沿着信道的中间点处引入再生中继。因此，很自然地推测，诸如相位不敏感或相位敏感的光放大器之类的无人值守的再生站是否可以用作长距离QKD的中继器。本文的主要结果排除了所有玻色子高斯信道可用作QKD中继器，其中包括相位不敏感和相位敏感放大器作为特殊情况，对于任何QKD协议。我们还描述了条件下，高斯中继呈现一个有损信道纠缠打破，这反过来又使信道无用的量子密钥分配。
2014-10-02 quant-ph
Field Experimental "Star Type" Metropolitan Quantum Key Distribution Network
量子密钥分发（QKD）网络是近年来研究的热点。由于量子信息的特殊性，构建一个无可信中继的全连通量子密钥分发网络是一个极具挑战性的问题。在这封信中，我们报告的第一个实现的QKD网络没有可信中继，覆盖大城市的商业骨干光纤网络。星型拓扑四用户QKD网络使用量子路由器（QR）自动寻址量子信号，网络中的每个用户都可以同时接收和分发量子密钥。两个地理上分离的节点之间的最长和最短光纤长度分别为42.6km和32km，最大平均量子误码率（QBER）低于8%。这一结果为QKD在现有网络中的应用开辟了新的可能性。
2007-08-27 quant-ph
Distributed Information-theoretical Secure Protocols for Quantum Key Distribution Networks against Malicious Nodes
针对量子密钥分发网络中恶意节点主动攻击的安全威胁，提出基于分布式系统的信息论安全新范式，含分布式认证与容错共识方法，相较传统方案显著降低认证密钥消耗增长。
2024-02-01 quant-ph
Open-destination measurement-device-independent quantum key distribution network
量子密钥分发（QKD）网络有望在多方共享安全的随机性。现有的大多数QKD网络方案和演示都是基于可信中继或局限于点对点场景。在这里，我们提出了一个灵活的和可扩展的方案命名为开放的目的地测量设备无关的QKD网络。该方案具有抵抗不可信中继和所有检测器侧信道攻击的安全性。特别地，任何用户都可以在网络中其他用户的帮助下完成密钥分发。作为一个例子，我们详细展示了一个四用户网络，其中两个用户建立安全的通信，并考虑到源和检测器的缺陷，目前现实的模拟。
2020-09-29 quant-ph
Satellite constellations for trusted node QKD networks
当从卫星的量子密钥分发可用于大型网络并按需向任何两个节点提供对称加密密钥时，它变得特别有价值。描述了一种星座模型，其使得能够以低延迟在任何两个地面站之间建立QKD导出的加密密钥。这是通过使用低地球轨道、可信节点QKD卫星和地球同步中继卫星来实现的，可信节点QKD卫星与它们经过的地面站创建密钥缓冲区，地球同步中继卫星将密钥的安全组合传输到地面站。区域和全球网络模型被认为是和使用卫星间QKD链路平衡密钥进行评估。
2019-03-19 quant-ph
The Security of Quantum Key Distribution using a Simplified Trusted Relay
我们提出了一个QKD协议的可信节点中继。我们的协议通过重新分配纠错和隐私放大的角色，将经典后处理的通信和计算权重转移到最终用户，同时保持量子信号的交换不变。我们进行了安全性分析，该协议的基础上的BB84协议的水平上的无限密钥公式，考虑到弱相干实现涉及诱饵分析。
2014-08-19 quant-ph
Authentication of Metropolitan Quantum Key Distribution Network with Post-quantum Cryptography
量子密钥分发（QKD）提供了理论上安全的密钥交换的信息，该密钥交换需要经由对称私钥的预共享来认证经典数据处理信道。在以往的研究中，采用基于格的后量子数字签名算法Aigis-Sig，结合公钥基础设施（PKI）实现了QKD的高效量子安全认证，并展示了其在简化城域网网络结构和新用户登录方面的优势。该实验进一步将PQC算法集成到商用QKD系统中，济南地区城域QKD网络由14个用户节点和5个光交换节点组成。验证了后量子密码（PQC）算法的可行性、有效性和稳定性，以及PQC认证大规模城域QKD网络所带来的光交换替代可信中继的优势。具有PQC认证的QKD在量子安全通信中具有潜力，特别是在城域QKD网络中。
2021-06-04 quant-ph
A Reconfigurable Multilayer Quantum Key Distribution Network over Existing Metropolitan Fibre
PhOSLab, Department of Electrical Engineering, Computer Engineering and Informatics, Cyprus University of Technology（塞浦路斯理工大学电气、计算机与信息工程系 PhOSLab）
针对现有城域光纤上部署量子网络的挑战，本文提出并演示了一个七节点多层QKD网络，通过可重构光交换和频谱管理实现高可用性密钥分发，并揭示了跨层资源共享机制。
2026-09-22 quant-ph
Routing and Wavelength Assignment with Minimal Attack Radius for QKD Networks
针对QKD网络物理层攻击导致的密钥交换中断问题，提出最大受影响请求数指标与RWA-MAR问题，利用ILP建模和可扩展启发式算法结合密钥缓存与架构选择优化网络弹性，显著提升安全性和可扩展性。
2025-08-14 cs.NI quant-ph
Optimizing Global Quantum Communication via Satellite Constellations
本文研究利用莫尔尼亚轨道上的量子中继卫星优化卫星星座配置，以改善地面站间QKD并降低传输延迟，为构建稳健高效的全球量子通信网络提供战略框架。
2024-12-31 cs.ET quant-ph
Twin-Field Quantum Key Distribution over 511 km Optical Fiber Linking two Distant Metropolitans
量子力学的基本原理保证了量子密钥分发（QKD）的无条件安全性，但代价是量子态不能被放大。因此，尽管在过去的几十年里，全球范围内的城域QKD网络取得了显着的进展，但没有可信中继的长距离光纤QKD网络尚未实现。在这里，通过发送或不发送（SNS）协议，我们完成了一个双域量子密钥分发（TF-QKD）和分发安全密钥没有任何可信的中继器在511公里长的光纤干线连接两个遥远的大都市。我们的安全密钥速率是大约3个数量级以上的预期，如果以前的QKD现场测试系统在相同的长度被应用。在如此长距离部署的光纤上有效的量子态传输和稳定的单光子干涉为大规模光纤量子网络铺平了道路。
2021-01-31 quant-ph
Long-distance free-space measurement-device-independent quantum key distribution
基于双光子干涉的与测量设备无关的量子密钥分发（MDI-QKD）对所有针对检测系统的攻击都是免疫的，并且允许具有不可信中继的QKD网络。自MDI-QKD协议提出以来，基于光纤的实现已经朝着更长距离、更高密钥速率和网络验证的方向迅速发展。然而，由于大气湍流的影响，在自由空间信道上实现MDI-QKD仍然是一个实验难题。在这里，通过开发强大的自适应光学系统，高精度的时间同步和频率锁定之间的独立光子源位于远离，我们实现了第一个自由空间MDI-QKD超过19.2公里的城市大气信道，这远远超过了有效的大气厚度。我们的实验迈出了基于卫星的MDI-QKD的第一步。此外，这里开发的技术为自由空间中涉及独立单光子长距离干涉的量子实验开辟了道路。
2020-06-09 quant-ph
MDI-QKD: Continuous- versus discrete-variables at metropolitan distances
在一篇评论中，Xu，Curty，Qi，Qian和Lo声称离散变量（DV）测量设备无关（MDI）量子密钥分发（QKD）将在大城市距离上与其连续变量（CV）竞争。事实上，徐等人。的分析恰恰支持了相反的观点，表明我们的CV方案的实验速率（用实际的室温设备实现）仍然比它们基于近乎理想的参数和低温探测器（不适合现实的大城市网络的解决方案，预计将在廉价的室温设备上运行，甚至可能是移动的）对量子比特的纯数值和过于乐观的外推高一个数量级。我们的协议的实验速率（表示为每个中继使用的比特数）被证实是两个-三个数量级高于任何现实的模拟实际DV-MDI-QKD在短中距离的速率。当然，这并不意味着DV-MDI-QKD网络不应该被研究或建造，但增加它们的速率是一个非平凡的实际问题，显然超出了Xu等人的分析。最后，为了澄清事实，我们还驳斥了一系列反对CV-MDI-QKD和更普遍的CV-QKD的不正确论点，这些论点是由Xu等人提出的，目的是支持他们的论文。
2015-08-01 physics.optics quant-ph
Metropolitan all-pass and inter-city quantum communication network
我们已经证明了一个城域全通量子通信网络在现场光纤四个节点。其中任意两个节点可以连接在网络中进行量子密钥分发（QKD）。提出了一种能够实现输出端口之间的任意2-连接的光交换模块。设计了一种集成的QKD终端，它既可以作为发射机，也可以作为接收机，甚至可以同时作为发射机和接收机。此外，另一个城市的60公里光纤（最长130公里）的额外链路基于可信中继架构无缝集成到该网络中。在所有的链路上，我们都实现了诱骗状态方案。所有必要的电气硬件，同步，反馈控制，网络软件，QKD协议的执行都是通过定制设计完成的，这允许完全自动化和稳定的运行。我们的系统已于2009年8月在合肥投入运行，并于2009年8月29日在中国科学院举办的量子网络评估会议上公开演示。在60 km以内的网络中，成功地建立了五个节点（四个全通节点加一个通过中继的附加节点）中任意两个节点之间的一次一密编码的实时语音电话。
2010-08-11 quant-ph
Advantage of the key relay protocol over secure network coding
本文严格比较KRP与SNC，证明在同一图上某些KRP具有更高安全性，并揭示KRP等价于加入免费公共信道后的广义SNC。
2022-04-19 cs.IT math.IT quant-ph
Heterogeneously integrated, superconducting silicon-photonic platform for measurement-device-independent quantum key distribution
集成光子学为量子密钥分发（QKD）器件的小型化和性能提升提供了一条途径。实现离散变量QKD的关键元件是单光子探测器。非常希望将检测器集成到光子芯片上，以实现实用和可扩展的量子网络。我们实现了一个集成异质超导硅光子芯片。利用我们的光波导集成超导探测器独特的高速特性，我们对两个独立激光器产生的时间仓编码量子比特进行了第一次最佳贝尔状态测量（BSM）。最优BSM使得测量设备无关的QKD的密钥速率增加，这是免疫于针对检测系统的所有攻击，因此提供了具有不可信中继的QKD网络的基础。再加上时间复用技术，我们已经提高了筛选的关键率几乎一个数量级。在125 MHz的时钟速率下，我们获得了6.166 kbps的安全密钥速率，超过24.0 dB的损失，这是最先进的MDI-QKD实验结果与GHz的时钟速率。结合集成的QKD发射机，一个可扩展的，基于芯片的和具有成本效益的QKD网络应该在不久的将来成为现实。
2021-10-30 physics.optics quant-ph
QuIKS: Near-Zero Latency Key Supply with Adaptive Buffering for Resource-Efficient Quantum Key Distribution Networks
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；Anhui University（安徽大学）；National Institute of Information and Communications Technology, Kanazawa University（金泽大学信息通信技术研究所）
QuIKS通过自适应缓冲技术实现近零延迟密钥供应，显著降低密钥资源消耗，提升量子密钥分发网络的效率与安全性。
2026-04-10 cs.NI quant-ph
Asymmetric Protocols for Scalable High-Rate Measurement-Device-Independent Quantum Key Distribution Networks
与测量设备无关的量子密钥分发（MDI-QKD）可以消除检测器侧信道，防止对检测器的各种攻击。MDI-QKD的未来是通过不可信的中继节点向多个用户提供服务的量子网络。在真实的量子网络中，各种信道的损耗是不同的，用户会随着时间的推移而增加和删除。为了适应这些功能，我们提出了一种类型的协议，允许用户独立地选择他们的最佳强度设置，以补偿不同的信道损耗。这样的协议使得可扩展的高速率MDI-QKD网络能够容易地应用于不同损耗的信道，并且允许在任何时间动态地添加/删除用户而不影响现有用户的性能。
2019-02-26 quant-ph
Continuous-variable measurement device independent quantum conferencing with post-selection
分析了一种连续变量（CV）、测量设备无关（MDI）的量子密钥分发（QKD）协议，该协议实现了三方量子会议的连接.我们利用一个广义的贝尔检测在一个不可信的中继和postselection程序，在其中遥远的各方调和的符号上的位移的正交他们准备的相干态。我们推导出集体纯损失攻击下的协议的速率，证明了改进的速率距离性能相比，相当于非后选择协议。在所有各方与中继的距离相同的对称配置中，我们发现6公里以上的正密钥速率。这样的后选择技术可以用于提高多方量子会议协议在较长距离处的速率，代价是在较短距离处降低性能。
2022-03-28 quant-ph
Reconfigurable entanglement distribution network based on pump management of spontaneous four-wave mixing source
提出基于SFWM源可调谐多泵浦激励与时分方法的可重构纠缠分发网络，实验表征双光子相关性，并演示10用户全连接QKD网络。
2024-01-19 quant-ph
High-rate continuous-variable measurement device-independent quantum key distribution with finite-size security
本研究首次在有限码长体制下实验验证了CV MDI-QKD系统，通过新型中继结构和锁相系统等设计，在10 km光纤上实现2.6 Mbit/s安全密钥率，为可扩展量子网络铺平道路。
2024-10-17 quant-ph
Quantum Secure Anonymous Communication Networks
针对Tor依赖RSA与Diffie-Hellman分发密钥而面临量子攻击的问题，本文提出无需可信节点的QKD协议与网络架构，以构建量子安全匿名通信网络。
2024-05-09 cs.CR cs.NI quant-ph
Deployed trusted-node quantum key distribution over 300 km with a multi-core fiber access link
Department of Electrical Engineering, Linköping University（电气工程系，林雪平大学）；Department of Physics, KTH Royal Institute of Technology（物理学系，皇家理工学院）；Department of Physics, Stockholm University（物理学系，斯德哥尔摩大学）；Lehrstuhl für Nachrichtentechnik, Technische Universität Dortmund（信息通信技术教席，德累斯顿技术大学）；Department of Electrical Engineering, Chalmers University of Technology（电气工程系，查尔姆斯理工大学）
通过270公里部署单模光纤和33公里多芯光纤段，总长303公里，使用商用QKD系统与外部超导纳米线单光子探测器，实现了可信节点量子密钥分发，并演示了动态可重构光纤网络中的集成以及密钥速率对图像传输保真度的影响。
2026-06-04 cs.IT cs.LG eess.IV
A scalable network for simultaneous pairwise quantum key distribution via entanglement-based time-bin coding
提出了一种可扩展的星形量子密钥分发（QKD）光纤网络。我们使用宽带光子对的波分解复用（WDM）来同时在多对参与者之间建立密钥交换。我们的QKD系统是第一个使用BBM 92时间仓编码的四个参与者的基于纠缠的网络，也是第一个仅通过基于光子到达时间的时钟恢复实现定时同步的网络。我们演示了任何可能的参与者组合之间的同时二分密钥交换，并表明量子误码率（QBER）本身可以用来通过小的温度调整来稳定干涉仪中的相位。密钥分发对网络中的偏振波动不敏感，即使在具有挑战性的环境条件下也可以使用部署的光纤进行密钥分发。我们表明，我们的网络可以很容易地扩展到34个参与者通过使用一个标准的阵列波导光栅的WDM与100 GHz的信道间隔和可重构的网络连接是可能的波长选择开关。在现场测试中，我们展示了6.3 bit/s的安全密钥速率，QBER为4.5%，总光纤长度为108 km，两个参与者之间部署了26.8 km的光纤，具有高稳定性。我们的系统具有相对简单的接收器模块设计，并且能够在没有可信节点的情况下将QKD网络扩展到超过100 km的距离和超过100个用户。利用这样的网络，可以建立大城市规模的安全通信基础设施。
2022-04-27 physics.optics quant-ph
