The Case for Quantum Key Distribution
量子密钥分发（QKD）利用量子力学系统保证了密钥协商的安全性。我们认为，量子密钥分配将是未来密码基础设施的重要组成部分。它可以为加密信息提供长期的机密性，而不依赖于计算假设。虽然QKD仍然需要身份验证来防止中间人攻击，但它可以使用信息理论上安全的对称密钥身份验证或计算安全的公钥身份验证：即使使用公钥身份验证，我们认为QKD仍然提供比经典密钥协议更强的安全性。
2009-12-02 quant-ph
Send the Key in Cleartext: Halving Key Consumption while Preserving Unconditional Security in QKD Authentication
QTI S.r.l.（QTI有限公司）；Telsy S.p.A.（Telsy公司）；Department of Computer Science, University of Copenhagen（哥本哈根大学计算机科学系）；National Institute of Optics National Research Council (INO–CNR)（国家光学研究所（意大利国家研究委员会））；Department of Physics and Astronomy, University of Florence（佛罗伦萨大学物理与天文学系）
本文提出一种基于ε-几乎强二元函数的新型无条件安全认证方案，通过单次一次性密钥实现双向认证，将密钥消耗减半。
2026-03-26 cs.CR cs.IT math.IT
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
QKD Entity Source Authentication: Defense-in-Depth for Post Quantum Cryptography
本文评估混合QKD/PQC纵深防御策略，重点考察初始QKD硬件实体源认证对防范中间人攻击的充分性。
2023-11-17 cs.CR cs.ET quant-ph
Authentication of Smart Grid Communications using Quantum Key Distribution
智能电网解决方案使公用事业和客户能够通过信息和通信技术更好地监测和控制能源使用。信息技术旨在通过实施先进的监测和控制系统来提高未来电网的可靠性，效率和可持续性。然而，利用现代通信系统也使电网容易受到网络攻击。在这里，我们报告的第一次使用量子密钥分发（QKD）的智能电网通信的认证密钥。特别是，我们这样的演示上部署的电力公司的光纤网络。所开发的方法在一个软件包中进行原型化，以管理和利用加密密钥来验证用于监控和数据采集（SCADA）的机器对机器通信。该演示展示了使用QKD提高关键基础设施安全性的可行性，包括未来的分布式能源（DER），例如能源存储。
2022-07-28 quant-ph
Quantum Key Distribution in the Classical Authenticated Key Exchange Framework
密钥建立是建立安全通道的关键：在多方设置中，它允许仅使用公开认证通信的双方建立可用于加密消息的秘密会话密钥。但是，如果会话密钥被泄露，加密消息的机密性通常也会被泄露。没有量子力学，密钥建立只能在假设某些计算问题很难的情况下进行。由于数字通信可以很容易地被窃听和记录，重要的是要考虑信息的保密性，预测未来的算法和计算发现，这可能会打破过去的密钥的保密性，违反保密信道的保密性。量子密钥分发（QKD）可以用来生成密钥，这些密钥对于任何未来的算法或计算改进都是安全的。量子密钥分发协议仍然需要经典通信的认证，然而，这是最容易实现的计算安全的数字签名方案。通常认为，当与计算安全认证一起使用时，QKD仍然可以安全地对抗无界对手，只要对手在协议运行期间没有破坏认证。在经典认证密钥交换（AKE）安全模型的基础上，提出了一种量子密钥分发安全模型。使用我们的模型，我们的长期安全的BB84 QKD协议的计算安全认证对最终无界的对手。基于传统的AKE模型，我们可以更容易地比较各种形式的QKD和现有的经典AKE协议的相对优点。这种比较说明了在哪种类型的对抗环境中，不同的量子和经典密钥协商协议是安全的。
2012-06-27 quant-ph
Attacks on quantum key distribution protocols that employ non-ITS authentication
我们演示了如何与无限的计算资源的对手可以打破量子密钥分发（QKD）协议，采用一个特定的消息认证码之前建议。这种认证码的特点是低密钥消耗，不是信息理论安全（ITS）的，因为对于窃听者截取的每个消息，她能够从她可以通过找到加密散列函数的冲突来计算的一组消息中发送不同的消息。然而，当这种认证码被引入时，它被证明可以防止针对QKD协议的直接中间人（MITM）攻击。在本文中，我们证明了与任何给定的消息在此认证码下碰撞的消息集包含有高概率的消息，具有小的汉明距离到任何其他给定的消息。基于这一事实，我们提出了扩展的MITM攻击对不同版本的BB84 QKD协议使用的认证码，对于三个协议，我们描述了对手采取的每一个动作。对于所有的协议，对手可以获得密钥的完整知识，并且对于大多数协议，她这样做的成功概率接近1。由于攻击针对所有允许计算冲突消息的认证方法，因此所提出的攻击的基础构建块暴露了由于QKD后处理中的非ITS认证而产生的潜在陷阱。我们提出了对策，增加窃听者的计算能力的需求，也证明了必要和充分条件，讨论的认证码升级到ITS的水平。
2015-08-31 cs.CR quant-ph
Lightweight authentication for quantum key distribution
量子密钥分发（QKD）使得能够使用量子信道和可信公共信道在不同方之间进行无条件安全的通信。减少在认证过程中消耗的量子生成密钥的部分对于提高QKD系统的性能具有重要意义。在目前的工作中，我们开发了一个轻量级的认证协议的QKD的基础上的“乒乓”方案的真实性检查的QKD。该方案的一个重要特征是在每个QKD后处理轮期间仅生成和发送一个认证标签。对于标签生成的目的，我们设计了一个无条件安全的过程的基础上的概念，密钥回收。该过程基于几乎通用的$_2$多项式散列、XOR通用$_2$ Toeplitz散列和一次性密码本（OTP）加密的组合。我们演示了如何最小化OTP加密所需的回收密钥的长度和身份验证密钥的大小。因此，在实际情况下，用于认证目的的量子生成的秘密密钥的部分低于1%。最后，我们提供了一个完整的量子密钥增长过程中的安全性分析的框架下，普遍组合安全。
2020-09-23 cs.CR cs.IT math.IT
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
Authentication of quantum key distribution with post-quantum cryptography and replay attacks
随着量子计算机的发展，传统密码系统面临着越来越严重的安全威胁。幸运的是，量子密钥分发（QKD）和后量子密码（PQC）是两种具有抗量子安全性的密码机制，都将成为未来信息安全的重要解决方案。但是，两者都不是完美的，它们是互补的。量子密钥分发具有后量子密码所不具备的无条件安全性，PQC可以为QKD网络提供安全方便的认证。本文提出了两种基于PQC的协议来实现QKD数据后处理的完全认证，并且只需要假设PQC算法的短期安全性就可以保证分布式密钥的长期抗量子安全性。我们发现，对于上述两个认证协议，攻击者不能成功地实施重放攻击。这些认证协议可以解决当前预共享密钥认证在大规模量子密钥分发网络应用中存在的问题，有望实现具有实际可操作性和抗量子安全性的密钥分发机制，有利于推动量子密钥分发网络的部署和应用。
2022-06-02 cs.CR quant-ph
Secure Multi-Party Biometric Verification using QKD assisted Quantum Oblivious Transfer
本文提出 QKD 辅助的 QOT 安全多方生物特征验证系统，在纠缠物理层上集成密钥后处理与认证，并通过 MASCOT 完成隐私保护指纹匹配。
2025-01-09 quant-ph
Simultaneous quantum identity authentication scheme utilizing entanglement swapping with secret key preservation
针对QKD中经典身份认证方案的脆弱性问题，本研究基于受控安全直接量子通信概念提出新QIA协议，借助第三方Charlie和Bell态实现双用户同时认证，经分析可抵御多种已知攻击且优于同类协议。
2025-02-12 cs.CR quant-ph
Coexistence of continuous variable QKD with intense DWDM classical channels
实验证明了在密集波分复用网络（DWDM）中实现连续变量量子密钥分发（CV-QKD）的可行性，其中QKD通常必须与多个发射功率约为0 dBm的同向传播（前向或后向）C波段经典信道共存。我们已经进行了实验测试的共存CV-QKD复用与一个强烈的经典信道，不同的输入功率和不同的DWDM波长。在25 km的光纤上，工作在1530.12nm信道上的CV-QKD可以容忍在1550.12nm处的经典信道在前向方向上产生的高达11.5dBm的噪声（在后向方向上为9.7dBm）。在前向和后向经典信道功率分别为-3dBm和-9dBm的情况下，在75 km处可以获得正的密钥速率（0.49kb/s）。基于这些测量，我们还模拟了在一些接入网络中集成CV-QKD的额外噪声和优化的信道分配。例如，我们已经表明，CV-QKD可以在25 km的WDM-PON网络上与5对信道（标称输入功率：前向2dBm和后向1dBm）共存。实验结果表明，CV-QKD在光网络中与真实强度的经典信号共存的能力非常突出。
2015-03-12 quant-ph
CV-QKD with Gaussian and non-Gaussian Entangled States over Satellite-based Channels
在这项工作中，我们研究了连续变量（CV）纠缠态的有效性，通过高损耗的大气信道传输，作为一种可行的量子密钥分发（QKD）地面站和低地球轨道（LEO）卫星之间的手段。特别是，我们调查的高斯CV状态相比，非高斯状态所发挥的作用。我们发现，光束漂移引起的大气损耗导致QKD的性能水平，在一般情况下，与固定衰减信道中发现的那些完全不同。例如，可以发现在光纤中没有QKD在某个固定损耗下是可行的但在衰落信道中在相同平均损耗下是可行的情况。我们还发现，在某些情况下，高斯态和非高斯态的QKD相对性能在大气信道中可以是固定衰减信道中发现的相反。这些发现表明，大气信道的性质对QKD性能有很大的影响。我们的研究结果应该被证明对使用LEO卫星作为通信中继的新兴全球量子通信有用。
2016-05-06 quant-ph
Quantum cloning attacks against PUF-based quantum authentication systems
随着物理不可克隆函数（PUF）的出现，基于PUF的量子认证系统（QAS）已经被提出用于安全目的，并且最近已经证明了原理实验。作为完成安全性分析的进一步步骤，我们研究了针对基于PUF的量子认证系统的量子克隆攻击，并证明了量子克隆攻击优于所谓的挑战估计攻击。利用相应的最优量子克隆机给出了错误接受概率的解析表达式，推广了文献中的结果。根据这些发现，一个明确的比较基于PUF的量子认证系统和量子密钥分发（QKD）协议在克隆攻击的背景下。此外，从实验的角度，平均光子数和探测效率之间的权衡进行了详细讨论。
2016-05-03 quant-ph
Experimental Quantum Key Distribution at 1.3 Gbit/s Secret-Key Rate over a 10-dB-Loss Channel
量子密钥分发（QKD）能够实现由物理定律保证的无条件安全通信，为即将到来的量子计算机时代的安全基础设施开辟了一条有前途的道路。然而，QKD的密钥速率（SKRs）远远低于经典通信的每秒千兆比特速率，阻碍了QKD的广泛部署。QKD的低SKR很大程度上是由于现有的基于单光子的协议对信道丢失的脆弱性。Floodlight QKD（FL-QKD）通过每个编码传输许多光子来提高SKR，同时提供针对集体攻击的安全性。在这里，我们报告了一个FL-QKD实验，在1.3 Gbit/s的SKR超过10 dB的损失通道。据我们所知，这是第一个实现每秒千兆比特的SKR的QKD演示，代表了在大都市地区距离上实现高速率QKD的关键进展。
2017-12-13 quant-ph
Authentication in Quantum Networks
Quantum Software Lab, School of Informatics, University of Edinburgh（爱丁堡大学信息学院量子软件实验室）；LIP6, CNRS, Sorbonne Université（索邦大学CNRS LIP6实验室）
综述量子通信中的认证任务，比较经典消息、量子消息和实体认证三种类型，分析安全假设、设置要求、可组合性和可扩展性，并讨论在QKD及其他协议中的应用。
2026-06-29 cs.CR quant-ph
Performance Analysis of MDI-QKD in Thermal-Loss and Phase Noise Channels
本研究分析了MDI-QKD在热损耗和相位噪声信道中的性能，推导了贝尔态测量概率、QBER和SKR的解析表达式，揭示了噪声对密钥率的影响，为提升噪声抗性提供理论支持。
2025-07-12 quant-ph
Inter-Core Crosstalk Impact of Classical Channels on CV-QKD in Multicore Fiber Transmission
在19芯光纤中，对连续变量量子密钥分发与WDM PM-16 QAM信道进行空间复用时，串扰引起的过量噪声进行了实验研究。测量的噪声源被用来估计不同波长信道的密钥速率。
2019-01-11 quant-ph
Security Analysis of MDI-QKD in Turbulent Free-Space Polarization Channels-A Composite Channel Framework
针对大气湍流降低自由空间MDI-QKD密钥率的问题，提出统一的退极化-退相位信道模型，推导解析密钥率表达式，经多天气与地星链路仿真验证准确，可支撑全球MDI-QKD网络物理层设计。
2025-09-02 quant-ph
Emergent Operational Entanglement Graphs and Sub-Quadratic Authentication Scaling in Realistic E91 Quantum Networks
Universidad Politécnica de Madrid (UPM)（马德里理工大学）
本文通过Pauli转移矩阵传输分析，发现真实量子通信网络在损耗、退相干和LOCC约束下，贝尔相关性沿纠缠交换路径指数衰减，产生有限操作相关长度和稀疏操作纠缠图，从而将认证复杂度降至Θ(N log N)，并提出了辅助比特辅助的分布式贝尔态验证框架。
2026-05-22 quant-ph
On Post-Quantum Cryptography Authentication for Quantum Key Distribution
针对量子密钥分发传统预共享密钥认证的可扩展性瓶颈，提出结合后量子密码的公钥基础设施方案，可抵御量子攻击，在有界敌手模型下实现安全认证与可扩展量子网络。
2025-07-28 cs.CR quant-ph
Comparison of Discrete Variable and Continuous Variable Quantum Key Distribution Protocols with Phase Noise in the Thermal-Loss Channel
本研究对比热损耗信道中相位噪声对离散变量与连续变量量子密钥分发协议的影响，发现低相位噪声高热噪声场景下连续变量方案损耗容忍度更高，高密钥率要求下其优势区域进一步扩大，解答了两类方案性能差异的相关问题。
2024-06-18 quant-ph
Quantum Authenticated Key Expansion with Key Recycling
Global Technology Applied Research, JPMorganChase（摩根大通全球应用技术研究）
提出一种整合认证与密钥扩展的量子认证密钥扩展协议，具备密钥回收特性，并在改编的QAKE框架中分析安全性，实验验证其可行性。
2026-09-22 quant-ph
A short review on quantum identity authentication protocols: How would Bob know that he is talking with Alice?
量子密钥分发（QKD）方案的出现为保密通信提供了一个新的维度，与经典密码学相比，量子密码学可以提供无条件的安全性。然而，QKD方案的成功实现需要身份认证作为先决条件。身份认证方案中的安全漏洞可能导致整个安全通信方案的脆弱性。因此，身份认证是非常重要的，在过去的三十年中，已经提出了几种使用量子资源的身份认证方案。这些协议，现在被称为量子身份认证（QIA）协议的时间顺序的发展，在这里简要回顾，特别注意其发展中所涉及的因果关系。根据所需的量子资源对现有协议进行了分类，并分析了它们的优缺点。此外，在QIA协议的分类过程中，可以观察到，现有的协议也可以根据用于设计协议的固有计算任务分为几组。这些对称性的实现导致了设计一套新的量子身份认证协议的可能性，这些协议是基于现有的安全计算和通信任务的方案。对协议的安全性也进行了分析。
2021-12-08 cs.CR quant-ph
Adaptive Techniques in Practical Quantum Key Distribution
量子密钥分发（QKD）可以提供信息理论上安全的通信，是下一代密码学的有力候选者。然而，在实践中，QKD的性能受到现实源、通道和探测器中的“实际缺陷”的限制（例如来自源的多光子分量或不完美编码、通道中的损耗和未对准、或探测器中的暗计数）。解决这些实际缺陷是实现具有良好性能的QKD协议的关键部分。QKD有两个非常重要的未来方向：（1）自由空间上的QKD，它可以允许移动平台之间的安全通信，如手持系统，无人机，飞机，甚至卫星，以及（2）基于光纤的QKD网络，它可以同时为任意位置的众多用户提供QKD服务。这些方向都是非常有前途的，但到目前为止，它们受到通道和设备中实际缺陷的限制，这带来了巨大的挑战并限制了它们的性能。在本论文中，我们开发了具有创新协议和算法设计的自适应技术，以及机器学习等新技术，以解决其中一些关键挑战，包括（a）自由空间QKD信道中的大气湍流，（b）QKD网络信道中的非对称损耗，以及（c）实时有效的参数优化，这对自由空间QKD和QKD网络都很重要。我们相信，这项工作将铺平道路，在未来的自由空间量子密钥分配和基于光纤的量子密钥分配网络的重要实现。
2020-04-23 quant-ph
Feasibility Assessment For Practical Continuous Variable Quantum Key Distribution Over The Satellite-to-Earth Channel
目前，使用连续变量（CV）技术的量子密钥分发（QKD）仅在短距离地面链路上得到验证。在这里，我们试图回答是否CV-QKD在更长的卫星到地球的信道是可行的。为此，我们首先回顾了将使CV-QKD通过卫星到地球信道的概念和技术。然后，我们考虑，在无限的密钥限制，最简单的部署QKD协议，相干态（CS）QKD协议与零差检测和CS-QKD协议与外差检测。然后，我们专注于CS-QKD协议与外差检测在务实的设置有限的密钥，其中对一般攻击的完整安全性是已知的。我们特别注意相关的卫星到地球的信道中的噪声项和它们的影响的秘密密钥速率。在系统设置中，衍射占主导地位的损失，我们发现，总多余的噪声的主要组成部分是由于闪烁的强度波动，以及信号和本地振荡器之间的到达时间波动。我们的结论是，广泛的实用系统模型，CS-QKD与信息理论的安全性，在卫星到地球的信道是可行的。
2020-08-24 quant-ph
Quantum key distribution with entangled photon sources
参量下转换（PDC）源既可以作为触发单光子源，也可以作为纠缠光子源用于量子密钥分发（QKD）。文献中已经研究了触发PDC QKD。另一方面，纠缠PDC QKD的模型和后处理协议仍然缺失。在本文中，我们填补了这一重要的空白，提出了这样一个模型和后处理协议的纠缠PDC量子密钥分配。虽然PDC模型是为了研究基于纠缠的量子密钥分配而提出的，但我们强调，我们的通用模型也可能适用于其他涉及PDC源的非量子密钥分配实验。由于纠缠PDC源是基无关源，我们将Koashi-Preskill的安全性分析应用到纠缠PDC QKD中。我们还研究了纠缠PDC量子密钥分配与双向经典通信。我们发现，递归方案提高了密钥速率和Gottesman-Lo协议有助于容忍更高的信道损耗。通过模拟最近的144km的PDC实验，我们比较了三种实现方案--纠缠PDC QKD、触发PDC QKD和相干态QKD。仿真结果表明，纠缠PDC量子密钥分配比相干态量子密钥分配具有更高的信道损耗容忍度。相干态诱骗量子密钥分配在中、低损耗区域能够获得最高的密钥速率。通过应用Gottesman-Lo双向后处理协议，如果PDC源被放置在Alice和Bob之间，纠缠PDC QKD可以容忍高达70dB的组合信道损耗（每个信道35dB）。在考虑统计波动后，PDC设置可以容忍高达53dB的信道损耗。
2007-03-14 quant-ph
Co-propagation of 6 Tb/s (60*100Gb/s) DWDM & QKD channels with ~17 dBm aggregated WDM power over 50 km standard single mode fiber
本文研究了QKD量子信道与高功率DWDM数据信道在50 km标准单模光纤上的共传输，并提出了一种评估共传输效率的新指标。
2023-05-23 quant-ph
Deterministic QKD source robust against side-channel attacks
University of Toyama（富山大学）；University of Vigo（维戈大学）
本文提出一种本质抗侧信道攻击的确定性QKD源，无需脉冲后选择或完美消光比设备，可简化安全证明并提升密钥率，为实现安全QKD提供实用路径。
2026-08-14 quant-ph
Foiling covert channels and malicious classical post-processing units in quantum key distribution
现有的量子密钥分发（QKD）安全性证明存在两个根本性的缺陷。首先，每当QKD设备被重复使用时，存储器攻击已经成为甚至设备无关的量子密钥分发（DI-QKD）的安全性的重要威胁。这种类型的攻击构成了隐蔽通道的一个例子，在传统的密码和通信系统的安全研究中引起了很多关注。其次，通常隐含地假设QKD系统的经典后处理单元是可信的。这是一个相当强的假设，很难在实践中证明。在这里，我们提出了一个简单的解决这两个基本问题。具体来说，我们表明，通过使用可验证的秘密共享和多个光学设备和经典的后处理单元，可以重新建立QKD的安全性。我们的技术是相当普遍的，它们适用于DI-QKD和非DI-QKD。
2017-11-23 quant-ph
Multi-mode CV-QKD with Noiseless Attenuation and Amplification
在这项工作中，我们研究了使用无噪声衰减和无噪声放大，在多模连续变量（CV）量子密钥分发（QKD）在星地信道。我们提出了一种改进的多模CV-QKD协议，其中无噪声衰减和无噪声放大操作分别应用于发射机和接收机。研究结果表明，与单模CV-QKD一致，无噪声放大操作在接收端应用时，可以增加多模CV-QKD的传输距离和信道噪声容限。与单模CV-QKD不同，在多模CV-QKD中，可以通过在发射机处添加无噪声衰减来进一步增强由无噪声放大提供的密钥速率改善。
2020-06-03 quant-ph
Efficient Bit Sifting Scheme of Post-processing in Quantum Key Distribution
比特筛选是量子密钥分发（QKD）后处理中的一个重要步骤，其作用是筛选出未被检测到的原始密钥。比特筛选通信量对实际QKD系统的网络安全密钥速率有着至关重要的影响，随着量子信道重复频率的快速提高，比特筛选通信量面临着前所未有的挑战。在本文中，我们提出了一个有效的比特筛选方案，其核心是一个无损信源编码算法。理论分析和实验结果都表明，我们的方案的性能接近香农极限。我们的方案可以大大减少QKD系统后处理的通信量，这意味着它可以减少经典信道认证的安全密钥消耗，提高QKD系统的净安全密钥速率。同时，它可以大大缓解系统的存储压力，特别是Alice侧的设备。最后给出了将该方案应用于几个有代表性的量子密钥分配系统的建议。
2014-09-26 quant-ph
Uncloneable Encryption
量子态不能被克隆。我将展示如何将此属性扩展到使用量子态编码的经典消息，我称之为“不可克隆加密”。“不可克隆的加密方案具有这样的特性，即窃听者夏娃不仅不能读取加密的消息，而且她不能将其复制下来供以后解码。她可以偷走它，但接收者鲍勃不会收到消息，因此会被警告出了问题。证明了任何量子态的认证方案都是安全的不可克隆加密方案。不可克隆加密也与量子密钥分发（QKD）密切相关，证明了量子态和经典消息的密码任务之间的密切联系。因此，研究不可克隆的加密和量子认证可以对QKD协议进行一些适度的改进。虽然主要的结果适用于一次性密钥无条件的安全性，我也表明不可克隆的加密仍然是安全的伪随机密钥。在这种情况下，为了击败这个方案，Eve必须在Bob收到消息之前打破伪随机序列背后的计算假设，否则她的机会就失去了。这意味着不可克隆的加密可以在非交互式设置中使用，其中QKD不可用，允许Alice和Bob将临时计算假设转换为永久安全的消息。
2004-09-03 quant-ph
Bounding light source side channels in QKD via Hong-Ou-Mandel interference
对实际量子密钥分发系统的侧信道攻击会危及其安全性。虽然可以考虑其中一些攻击，但仍然缺少如何消除所有侧信道缺陷的通用方法。在这项工作中，我们提出了一种方法估计总被动侧信道信息泄漏的爱丽丝的光源。该方法依赖于Alice发出的不同信号之间的Hong-Ou-Mandel干涉，这揭示了它们的整体模式失配，而无需独立测量所有单独的自由度。我们包括实验值的干扰可见性的诱饵状态BB84协议的安全性证明，和下限的安全密钥速率为现实的光源。所获得的结果提供了一个工具，可用于当前的QKD系统的认证，并为未来的无漏洞设计铺平了道路。
2019-08-13 quant-ph
Design and analysis of a set of discrete variable protocols for secure quantum communication
本博士论文设计并分析了一组基于离散变量的安全量子通信协议，包括利用贝尔态和受控安全直接通信的新型量子身份认证协议，以及无需纠缠或理想单光子源的两种QKD协议，并通过安全性分析证明其对抗多种攻击的稳健性。
2025-08-08 quant-ph
Noise-suppressing channel allocation in dynamic DWDM-QKD networks using LightGBM
将量子密钥分发（QKD）技术与现有光网络相结合，以降低部署成本，实现资源的有效利用，是一种非常有希望的技术，一些点对点的传输实验已经验证了其可行性。然而，在QKD与动态数据流共存的现实场景中，仍然存在许多问题。一方面，传统的静态信道分配方案不能保证量子信道在时变噪声下的传输质量。另一方面，考虑到动态经典数据流所产生的复杂噪声，实现在线高性能的量子信道分配是一个挑战。为了解决这些问题，我们提出了一种基于机器学习的噪声抑制信道分配（ML-NSCA）方案。在该方案中，基于LightGBM的ML框架被训练来预测具有最小噪声影响的最优信道分配，根据该最优信道分配，周期性地重新分配量子信道以保证高安全密钥速率。为了提高ML框架的准确性和可扩展性，我们还优化了训练过程中的特征提取方法。性能评估结果表明，该方案能有效抵抗实际光网络中动态噪声的影响，并以较低的运算复杂度获得较高的安全密钥速率。
2019-09-10 quant-ph
The role of averages in CV-QKD over fast fading channels
Universidad de Valladolid（瓦拉多利德大学）；Telecom Paris, Institut Polytechnique de Paris（巴黎电信学院，巴黎理工学院）
本文针对快速衰落信道下的CV-QKD协议，对比分析HBA与CMA两种平均处理的窃听安全模型，推导其解析表达式，发现信道波动处理方式显著影响SKR，需选取适配实际实现的安全模型。
2025-11-16 quant-ph
Prefixed-threshold Real-Time Selection for Free-Space Measurement-Device-Independent Quantum Key Distribution
测量设备无关（MDI）QKD消除了QKD中的检测器侧信道，并允许两个用户之间的不可信中继。一个理想但极具挑战性的应用是通过自由空间信道实现MDI-QKD。大气湍流是影响自由空间MDI-QKD安全密钥传输速率的主要因素之一。在这项工作中，我们展示了两个重要的结果：第一，在两个信道中的透射率的独立波动可以显着降低MDI-QKD性能由于双折射引起的信道不对称性。其次，我们考虑了我们以前引入BB84的前缀实时选择（P-RTS）方法，并将其扩展到MDI-QKD。用户可以监控其信道中的经典透射率，并通过基于预先计算的阈值实时后选择信号来提高性能。我们可以在Alice和Bob之间建立一个二维阈值来实时地后选择具有高信噪比和低信道不对称性的信号，并且极大地扩展了存在湍流的MDI-QKD的最大范围，这可以是未来自由空间MDI-QKD实验的重要一步。
2019-10-22 quant-ph
Experimental demonstration of high-rate measurement-device-independent quantum key distribution over asymmetric channels
与测量设备无关的量子密钥分发（MDI-QKD）可以消除所有探测器侧信道，在现有技术条件下是可行的。MDI-QKD的先前实现都使用具有类似损耗的两个对称信道。然而，当不同信道具有不同的损失时，密钥速率受到严重限制。在这里，我们报告的第一个高速率MDI-QKD实验的结果在$asymmetric$通道。通过使用最近的7强度优化方法，我们证明了$>$ 10倍的密钥速率比以前最知名的协议的MDI-QKD在大信道不对称的情况下，并延长了超过20-50公里的安全传输距离在标准的电信光纤。这些结果使MDI-QKD在实际网络环境中得到了广泛的应用，其中信道损耗是不对称的，用户节点可以动态添加或删除。
2019-04-28 quant-ph
Burning the Trojan Horse: Defending against Side-Channel Attacks in QKD
基于BB84的离散变量QKD协议被认为是安全的，可以防止窃听者Eve拦截飞行的量子比特并对其执行任何量子操作。然而，这些协议仍然容易受到侧信道攻击。我们调查特洛伊木马的侧信道攻击，夏娃发送她自己的状态到爱丽丝的设备和措施的反射状态估计的关键。我们证明了可分离相干态是多模高斯攻击态中最优的。我们描述了如何爱丽丝可以抵御这一点，通过添加热噪声的系统，并给出了分析表达式所得到的密钥速率。我们还提供了一个约束的情况下，夏娃可以使用任何可分离的状态的密钥速率，并描述了一个主动防御系统的基础上的光调制器。
2018-01-19 quant-ph
Co-propagation of QKD & 6 Tb/s (60x100G) DWDM channels with ~17 dBm total WDM power in single and multi-span configurations
该研究通过单跨和多跨实验验证了QKD量子信道与高功率高速DWDM数据信道的共传输能力，提出共传输效率评估指标，并实现加密与共传输的同步验证。
2023-12-19 quant-ph
Two-Point Attack on the Two Nonorthogonal State QKD Protocol over a Fiber-Optic Channel
针对光纤信道上的两个非正交态量子密钥分发协议，提出了一种两点窃听策略。假设Alice、Bob和Eves的单光子源和探测器均为理想单光子源和探测器，只要Alice和Bob之间的距离足够长，两点攻击就可以破坏两个非正交态协议。对于单光子类型的B92协议，距离的上限约为30公里。有趣的是，Bennett的原始多光子协议是安全的两点攻击和光束分裂攻击，即使该协议是用弱脉冲源实现的。
2003-10-23 quant-ph
Weak randomness completely trounces the security of QKD
在通常的量子协议的安全性证明中，对手（Eve）被期望对任何通信方（Alice和Bob）之间的任何量子通信具有完全控制权。Eve还可以完全访问Alice和Bob之间的经过认证的经典信道。即使在设备和信道不完善的现实环境中，也可以证明对Eve的任何攻击的无条件安全性。在这封信中，我们表明，如果允许Eve对Alice使用的随机源进行非常有限的访问，QKD协议的安全性就会被破坏。这种知识应该总是在现实的实验条件下通过不同的侧通道预期。
2012-06-09 quant-ph
Experimental investigation of quantum key distribution over water channel
量子密钥分发（QKD）在最近几十年中经历了显著的发展，特别是关于自由空间（空气）和光纤信道。在这里，我们报告了BB84协议QKD在水通道上的第一个原理验证实验。首先，根据实测的与单位矩阵接近的Mueller矩阵，再次证明了水信道在光传输中的偏振保持特性。通过蒙特卡罗模拟揭示了偏振保持的原因是接收到的光子几乎都是未散射的。结果表明，在不同的衰减系数下，量子密钥分配都能以低于3.5%的量子误码率（QBER）进行。
2019-04-12 quant-ph
Mitigation of Channel Tampering Attacks in Continuous-Variable Quantum Key Distribution
针对连续变量量子密钥分发系统面临的信道篡改攻击风险，提出新型信道放大攻击模型，结合决策树分类检测与数据后选择的缓解策略，有效提升受攻击时的密钥率，增强系统鲁棒性。
2024-06-12 quant-ph
Quantum key distribution over 40 dB channel loss using superconducting single photon detectors
量子密钥分发（QKD）提供了一种基于量子力学定律的无条件安全的通信方式。目前，一个主要的挑战是实现具有40 dB信道损耗的QKD系统，如果我们要使用通信卫星实现全球规模的QKD网络，这是必需的。在这里，我们报告了第一个QKD实验，其中安全密钥分布在42 dB的信道损耗和200公里的光纤。我们采用了时钟频率为10 GHz的差分相移量子密钥分发（DPS-QKD）协议和基于NbN纳米线的超导单光子探测器（SSPD）。SSPD提供非常低的暗计数率（几Hz）和小的定时抖动（半高全宽60 ps）。这些特性使我们能够构建一个10 GHz时钟的QKD系统，从而在42 dB的信道损耗上分发安全密钥。此外，我们在105公里的光纤上实现了17 kbit/s的安全密钥速率，比以前的记录高出两个数量级，在200公里的光纤上实现了12.1 bit/s的安全密钥速率，这是迄今为止最长的地面QKD。在我们的实验中生成的密钥对于单个光子的一般集体攻击和多光子的特定集体攻击都是安全的，称为顺序无歧义状态鉴别（USD）攻击。
2007-06-04 quant-ph
Demonstration of 17λ x 10 Gb/s C-Band Classical / DV-QKD Co-Existence Over Hollow-Core Fiber Link
本研究在7.7 km空芯光纤链路上成功演示了1538 nm相干单向QKD与17个C波段经典通道的共存，总功率11 dBm，验证了宽带布局下QKD的可行性。
2022-10-01 quant-ph
Long distance co-propagation of quantum key distribution and terabit classical optical data channels
量子密钥分发（QKD）在两个远程方之间生成对称密钥，并保证密钥不被任何第三方访问。为了降低QKD应用的成本，非常需要通过共享现有光纤基础设施在QKD和经典光通信之间进行波分复用（WDM）。然而，量子信号非常微弱，因此容易受到来自强经典光的自发拉曼散射效应的影响。本文通过波长选择、光谱滤波和时间滤波，实现了量子密钥分配和太比特经典相干光通信系统的复用和长距离共传输，传输距离可达80km。数据容量比以前的结果大两个数量级。我们的演示验证了量子密钥分配和经典通信共享骨干光纤链路资源的可行性，从而使量子密钥分配的实用性向前迈进了一大步。
2016-10-14 quant-ph
Quantum key distribution over scattering channel
云、霾、雾光的散射降低了量子密钥分发（QKD）中信道的传输效率，降低了系统的实际安全性，从而限制了自由空间QKD的部署。本文采用波前整形技术对高损耗散射量子信道中的畸变光信号进行补偿，实现了偏振编码的BB84量子密钥分发实验。利用这种量子信道补偿技术，我们实现了传输效率的典型提高约250，并将每个筛选密钥的安全密钥速率从0提高到$1.85\times10^{-6}$。该方法及其首次验证表明，量子密钥分发系统的应用领域将从无损信道扩展到高散射信道，从而增强全球量子通信网络的部署能力。
2021-09-28 quant-ph
Feasibility of quantum key distribution through dense wavelength division multiplexing network
本文研究了在通信波长上采用密集波分复用（DWDM）技术，在同一光纤上实现量子密钥分发（QKD）和经典通信的可行性。研究了基于单光子探测的量子密钥分配和基于零差探测的量子密钥分配中经典信道对量子信道的影响。我们的研究表明，后者可以容忍一个更高的水平的污染，从经典的渠道比前者。这是因为零差探测器中使用的本机振荡器充当了“模式选择器”，可以有效抑制噪声光子。我们进行了仿真的基础上的诱饵BB84量子密钥分配协议和高斯调制相干态（GMCS）量子密钥分配协议。虽然前者甚至不能容忍一个经典信道（功率为0dBm），但后者可以与38个经典信道（每个信道功率为0dBm）复用，并且仍然具有约10 km的安全距离。在100MHz带宽的零差检波器上进行了初步实验。
2010-10-01 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
Generalized Kennedy Receivers Enhanced CV-QKD in Turbulent Channels for Endogenous Security of Space-Air-Ground Integrated Network
针对空天地网络内生安全需求，本文提出在湍流信道中采用CD-Kennedy接收机结合EGC方法增强CV-QKD的检测性能，推导了SKR并引入等效透射率法，数值结果表明其BER与SKR均优于零差接收机且更稳健。
2025-08-12 quant-ph
Relay QKD Networks & Bit Transport
我们展示了如何通过将每个中继视为操作拦截/重发策略的可信窃听者来在QKD网络上操作端到端中继。结果表明，通过引入比特传输的概念，与单链路信道相比，密钥速率不受影响。比特传输技术扩展了QKD网络的性能。我们还讨论了降低中继所需的信任水平的技术。特别是，我们证明，它是可能的，以创建一个简单的量子密钥交换方案，使用秘密共享，使通过添加一个额外的中继多中继信道上的窃听者需要妥协的所有中继信道。通过将其与多路径能力和异步量子密钥建立相结合，我们表明，实际上，窃听者必须妥协整个网络上的所有中继，并从一开始就收集整个网络上的数据。
2015-02-23 quant-ph
