Unconditional Security of Discrete-Modulated CV-QKD from Infinite-Dimensional MEAT
University of Waterloo（滑铁卢大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）；Technische Universität Wien（维也纳工业大学）；AIT Austrian Institute of Technology（奥地利技术研究院）
本文首次为离散调制连续变量QKD建立了针对相干攻击的完整可组合有限尺寸安全性证明，引入无限维边际约束熵累积定理和降维技术，在超70公里距离上获得正密钥率，弥合了长期理论空白。
2026-10-27 quant-ph
The Universal Composable Security of Quantum Key Distribution
现有的量子密钥分发（QKD）的无条件安全定义不适用于对QKD的联合攻击和随后对所得到的密钥的使用。在本文中，我们关闭这个潜在的安全差距，使用一个通用的可组合性定理的量子设置。首先，我们推导出一个可组合的安全定义QKD。然后，我们证明了通常的安全定义的QKD仍然意味着可组合的安全定义。因此，在通常定义中无条件安全的任何QKD协议中产生的密钥确实可以安全地使用，这是迄今为止尚未证明的QKD属性。我们提出了另外两个有用的充分条件的可组合性。作为我们的结果的一个简单的应用，我们表明，通过重复运行的QKD生成的密钥退化缓慢。
2004-09-14 quant-ph
Fundamental And Practical Problems of QKD Security - the Actual and the Perceived Situation
量子密钥分发（QKD）被广泛认为是无条件安全的，适用于各种现有的实验方案的现实模型。在这里，我们简要总结了为什么不是这样的情况下，从基本的定量安全和适用的安全分析模型的角度来看，与一些道德得出。
2012-06-04 quant-ph
Unconditional security of sending or not sending twin-field quantum key distribution with finite pulses
双场量子密钥分发（TF-QKD）的发送或不发送协议具有在任何相干攻击下无条件安全性证明和对大错位误差的容错性等优点。这是迄今为止唯一一个考虑了有限密钥效应即统计涨落的基于相干态的TF-QKD协议。在这里，我们考虑了完整的有限密钥效应的协议，我们通过数值模拟表明，在实践中，典型的有限脉冲数的协议可以产生无条件安全的最终密钥下的一般攻击，包括所有的相干攻击。在实际中，即使具有大的未对准误差，在典型的有限数量的脉冲中，它也可以超过500 $km$的安全距离。
2019-04-12 quant-ph
Experimental demonstrations of unconditional security in a purely classical regime
迄今为止，密钥分发过程中的无条件安全性仅限于基于非正交基不可克隆定理的量子密钥分发（QKD）协议。最近，一个完全不同的方法，无条件安全的经典密钥分发（USCKD），已经提出了在纯经典制度的无条件安全。与QKD不同，经典信道和正交基都是USCKD的关键成分，其中无条件安全性由确定性随机性通过耦合马赫-曾德尔干涉仪中基于路径叠加的可逆酉变换提供。在这里，第一个实验演示的USCKD协议。
2020-08-13 cs.CR 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
On the Optimality of Basis Transformations to Secure Entanglement Swapping Based QKD Protocols
本文讨论了基变换作为基于纠缠交换的量子密钥分发协议的安全度量的最优性。为了估计安全性，我们专注于对手从集体攻击策略的通用版本中获得的原始密钥位上的信息。在本文描述的场景中，分析了一方或双方合法方作为反措施的一般基变换的应用。在这种情况下，我们表明，角度，描述这些基础变换可以优化相比，应用程序的阿达玛操作，这是标准的基础上的变换，经常在文献中找到。作为一个主要的结果，我们表明，对手的信息可以减少到约0.20752的量时，使用一个单一的基础变换和约0.0548的量时，结合两个不同的基础变换。与使用Hadamard操作的其他协议相比，这少于一半的信息，因此代表了关于基于纠缠交换的协议的安全性的优点。
2013-07-22 quant-ph
Practical long-distance quantum key distribution system using decoy levels
量子密钥分发（QKD）具有广泛的实际应用前景。到目前为止，还没有安全的长距离实验证明将QKD从实验室转移到现实世界所需的真正实际操作，这主要是由于同步和检测器性能差的限制。在这里，我们报告使用一个全自动的，强大的量子密钥分配系统的基础上，班尼特Bennett 1984年协议（BB84）与低噪声超导纳米线单光子探测器（SNSPD）和诱饵水平的结果。密钥在144.3公里的光纤上以无条件的安全性产生，与实际QKD系统中无条件安全密钥生成的先前记录相比，增加了五倍以上。
2008-06-18 quant-ph
Secure Quantum Communication with Orthogonal States
在大多数安全量子通信协议中（如BB84、B92等），协议的无条件安全性是通过使用共轭编码（两个或多个相互无偏基）来获得的。最初，所有基于共轭编码的安全量子通信协议都局限于量子密钥分发（QKD），但后来它们被扩展到其他密码任务（如安全直接量子通信和量子密钥协商）。与基于共轭编码的协议相比，一些基于完全正交状态的无条件安全QKD协议（如GV协议和N09协议）也被提出。然而，直到最近，基于正交状态的协议仅是一个理论概念，并且仅限于QKD。直到最近，基于正交状态的量子密钥分配协议才被实验实现，并扩展到量子密钥分配以外的密码任务。本文对本课题组和其他研究人员最近提出的基于正交态的量子保密通信协议进行了简要的综述。
2014-07-12 quant-ph
Long-distance quantum key distribution secure against coherent attacks
量子密钥分发（QKD）允许数字加密密钥的信息理论上安全的传输，假设用于密钥交换的设备的行为可以被可靠地建模和预测。值得注意的是，除了她受自然法则约束之外，不必对窃听者的能力进行任何假设，从而使QKD的安全性成为“无条件”。然而，无条件的安全在实践中很难实现。例如，任何实验实现只能收集有限的数据样本，导致对相干攻击（最常见的攻击类别）的脆弱性，并且对于某些协议，仍然缺少对这些攻击的鲁棒性的理论证明。由于这些原因，在过去，许多QKD实验都没有实现无条件安全的协议，而是考虑了窃听者的有限攻击能力。在这里，我们探讨了量子密钥分配在最具挑战性的环境中对抗相干攻击的安全性：密钥的长距离传输。我们证明，BB84协议可以提供积极的关键速率的距离高达240公里，而无需复用的传统信号，和高达200公里的复用。使用实用的热电冷却单光子探测器，即使是最长的距离也可以实现有用的关键速率。
2017-01-25 quant-ph
Security proof of quantum key distribution with detection efficiency mismatch
理论上，量子密钥分发（QKD）提供了基于物理定律的无条件安全性。然而，正如最近的量子黑客理论和实验论文所证明的那样，检测效率漏洞可能对实际QKD系统的安全性是致命的。在这里，我们描述了在各个领域，包括空间，光谱和时间域和各种实验设置的检测效率不匹配的物理起源。更重要的是，我们证明了量子密钥分配的无条件安全性，即使检测效率失配。我们明确地展示了密钥生成率的特点是两个检测器之间的最大检测效率比。此外，我们证明，通过随机切换检测器的比特分配，检测效率失配的影响可以完全消除。
2008-10-15 quant-ph
Security of continuous-variable QKD: exploiting symmetries in phase space
证明量子密钥分发（QKD）方案的无条件安全性是一项极具挑战性的任务，因为需要确定与实验数据兼容的最有效的攻击。对于连续变量QKD，这个任务甚至更加苛刻，因为描述协议的希尔伯特空间是无限维的。解决这个问题的一个非常自然的方法是广泛使用协议的对称性。在这篇文章中，我们研究了相空间中与连续变量QKD特别相关的对称性，并探索了一种新的量子de Finetti定理，该定理将利用这种对称性并提供一种强大的工具来评估连续变量协议的安全性。
2009-07-21 quant-ph
Quantum key distribution based on frequency-time coding: security and feasibility
通过证明频时编码量子密钥分发（FT-QKD）协议与压缩态量子密钥分发协议的联系，建立了FT-QKD协议的安全性证明，并证明了该协议是无条件安全的.我们还扩展了测量和测量的FT-QKD协议，基于纠缠的FT-QKD协议，这是在实践中更有吸引力。在此基础上，我们提出了一种利用时间分辨单光子探测器测量纠缠光子对相关频率的方案。仿真结果表明，FT-QKD协议可以用现有的技术实现。
2011-06-14 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 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
Recent advances on quantum key distribution overcoming the linear secret key capacity bound
量子密钥分发（QKD）的一个重要目标是在长距离上传输无条件安全的密钥。先前的研究表明，点对点QKD的密钥速率受到密钥速率容量限制，更高的密钥速率需要量子中继器。2018年，开创性的双域（TF）QKD协议被提出来为克服线性密钥容量限制提供了一个显着的解决方案。本文综述了这一领域的最新进展，包括相位匹配QKD和其他TF-QKD类型协议的安全性证明，这些协议在现实条件下的理论检验，以及最近的实验演示。
2020-11-26 quant-ph
Simple and Rigorous Proof Method for the Security of Practical Quantum Key Distribution in the Single-Qubit Regime Using Mismatched Basis Measurements
提出一种计算离散变量QKD实用实现安全密钥率的简单方法，并在单量子比特无损机制下严格证明其无条件安全性，旨在为QKD实用实现的分析与标准化提供标准工具。
2023-07-03 cs.CR quant-ph
Plug-and-Play Measurement-Device-Independent Quantum Key Distribution
量子密钥分发（QKD）是基于量子物理定律的无条件通信安全保证。然而，实际的QKD由于设备缺陷而遭受许多量子黑客攻击。从安全性的角度来看，与测量设备无关的量子密钥分发（MDI-QKD）由于消除了所有可能的检测漏洞而备受关注。然而，由于用于来自远程方的光子之间的模式匹配的主动控制单元，MDI-QKD的实现是非常不切实际的。在这篇文章中，我们提出了一种新的方法，其中的不稳定性问题得到解决，没有任何主动控制单元。通过在MDI-QKD中引入即插即用（P&P）的概念，自然可以保证光子之间的不可分割性。我们用原理验证实验证明了P&P MDI-QKD的可行性。
2016-03-17 quant-ph
Loss-tolerant quantum cryptography with imperfect sources
原则上，量子密钥分发（QKD）提供了基于物理定律的无条件安全性。在实践中，状态准备中的缺陷破坏了QKD系统的安全性，因为处理状态准备缺陷的标准理论方法不是容损的。窃听者可以通过量子信道损耗来增强和利用这种缺陷，从而显著降低密钥生成速率。最重要的是，大多数现有QKD实验的安全性分析是相当不现实的，因为它们通常忽略了这种影响。在这里，我们提出了一种新的和一般的方法，使量子密钥分配损失容忍状态准备缺陷。重要的是，它表明QKD中的状态准备过程可能比最初想象的要精确得多。我们的方法可以广泛应用于其他量子密码协议。
2013-12-19 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
High dimensional measurement device independent quantum key distribution on two dimensional subspaces
量子密钥分发（QKD）提供基于量子力学定律的终极密码安全性。对于点对点QKD协议，生成的密钥的安全性受到检测器侧信道攻击的影响。这个问题可以用测量设备无关的QKD（mdi-QKD）来解决。然而，由于Bell测量中的后选择，MDI-QKD在密钥生成速率方面表现出有限的性能。我们表明，高维（Hi-D）编码（qudits）提高了当前MDI-QKD实现的性能。该方案被证明是无条件安全的，即使在弱相干脉冲诱饵状态，而在单光子情况下的秘密密钥速率推导。我们的分析包括相位误差，不完美的来源和黑暗计数模仿真实系统。与标准的二维情况下，我们表现出的关键生成率的改善。
2018-09-12 quant-ph
Measurement-device-independent quantum key distribution of multiple degrees of freedom of a single photon
与测量设备无关的量子密钥分发（MDI-QKD）为我们在检测端抵抗各种攻击提供了一个强有力的途径。除了无条件的安全性外，人们还追求高的密钥生成率，而MDI-QKD的密钥生成率相对较低。在本文中，我们提供了一种有效的方法来提高MDI-QKD的密钥生成率，采用多个自由度（DOF）的单光子产生的密钥。与其他单自由度编码的高维MDI-QKD协议相比，该协议具有更高的灵活性，因为该协议在独立的子系统中生成密钥，并且一个自由度的检测失败或错误不会影响其他自由度的信息编码。基于上述特点，MDI-QKD协议在未来的量子通信领域具有潜在的应用价值。
2020-09-21 quant-ph
Practical challenges in quantum key distribution
量子密钥分发（QKD）在数据通信中承诺无条件的安全性，并且目前正在商业应用中部署。然而，在QKD被广泛采用之前，它面临着一些重要的挑战，例如密钥速率，距离，尺寸，成本和实际安全性。在此，我们将概述这些关键挑战以及目前为应对这些挑战而采取的方法。
2016-06-19 quant-ph
On the Robustness of (Photonic) Quantum Key Distribution with Classical Alice
最近提出了一种基于经典Bob的量子密钥分发（QKD）方案，并证明了该方案的鲁棒性。在这项工作之后，还提出了经典Alice的QKD，并证明了其鲁棒性。上述协议是理想的，因为它们使用了量子比特。然而，在过去，众所周知的QKD协议被证明是鲁棒的，甚至被证明是无条件安全的，当使用量子比特时，被发现在使用光子时是完全不安全的。这是由于对光子损失的敏感性（例如，Bennett的双态协议）或对与多光子状态组合的损失的敏感性（例如，对弱脉冲Bennett-Bennard协议的光子数分裂攻击，BB84）。在这里，我们证明了经典的爱丽丝量子密钥分配仍然是强大的光子损失，甚至多光子状态的考虑。
2010-12-14 quant-ph
Can't Touch This: unconditional tamper evidence from short keys
将数据存储在具有信息理论安全性的外部服务器上，同时使用比数据本身更短的密钥是不可能的。作为替代方案，我们提出了一个方案，实现信息理论上安全的篡改证据：服务器能够获得有关存储数据的信息，但不能同时保持未被检测到。此外，客户端只需要记住一个长度比数据短得多的密钥。我们提供了一个安全性证明我们的计划，基于熵的不确定性关系，类似于QKD证明。我们的方案的作品，如果爱丽丝是能够（可逆）随机化的消息几乎一致，只有一个短的关键。通过构建一个明确的攻击，我们表明，短密钥无条件篡改证据不能实现没有这种随机性。
2022-01-24 quant-ph
Measurement-device-independent quantum communication with an untrusted source
与传统量子密钥分发相比，与测量设备无关的量子密钥分发（MDI-QKD）能够提供更高的安全性，是网络服务器不可信的量子网络的重要框架。尽管如此，MDI-QKD中的一个关键假设是源是可信的。我们在这里提出了一个MDI量子网络与一个单一的不可信的来源。我们已经得到了一个完整的证明，无条件安全的MDI-QKD与一个不可信的来源。使用模拟，我们已经考虑了各种现实生活中的不完善之处，在其实施，和模拟结果表明，MDI-QKD与不可信的源提供了一个密钥生成速率，接近初始MDI-QKD的速率在渐近设置。我们的工作证明了实现量子网络的可行性。网络用户只需要低成本的调制设备，他们可以共享昂贵的探测器和由不可信的网络服务器提供的复杂的激光器。
2015-08-05 quant-ph
Continuous variable quantum key distribution with two-mode squeezed states
量子密钥分发（QKD）使两个远程方能够增长共享密钥，它们可以用于无条件安全通信[1]。QKD协议的适用距离取决于连接量子信道的损耗和过量噪声[2 - 10]。基于相干态和连续变量（CV）测量的几种QKD方案对信道中的高损耗具有弹性，但受到少量信道过量噪声的强烈影响[2 - 6]。在这里，我们提出并实验解决了CV QKD协议，该协议使用脆弱的压缩态结合大的相干调制，大大提高了信道噪声的鲁棒性。作为一个原则的证明，我们实验证明，由此产生的QKD协议可以容忍更多的噪声比基准设置的理想CV相干态协议。我们的计划代表了一个非常有前途的途径，延长安全通信的距离是可能的。
2012-10-05 quant-ph
Hybrid Implementation for Untrusted-node-based Quantum Key Distribution Network
提出一种将TF-QKD和MDI-QKD无缝集成于单一不可信节点架构的混合系统，利用非对称干涉仪实现相对相位校准，在150至431公里光纤距离上实现安全密钥分发并超越无中继器容量极限，为多协议QKD网络部署奠定基础。
2025-03-07 quant-ph
Modular quantum key distribution setup for research and development applications
量子密钥分发（QKD）由于能够保证信息的无条件安全性而受到广泛关注。一个重要的任务是设计QKD系统作为一个平台，教育以及研究和开发应用程序和快速原型新的QKD协议。在这里，我们提出了一个模块化的QKD设置驱动的国家仪器（NI）卡与开源LabView代码，开源Python代码的后处理过程，和开源协议的外部应用程序。所开发的设备的一个重要特征是其灵活性，提供了修改光学方案和验证新型QKD协议的可能性。开发的设置的另一个显着特点是诱饵状态协议的实现，这是安全长距离量子通信的标准工具。通过测试实现BB84和诱饵态BB84 QKD协议的即插即用方案，我们证明了开发的QKD设置显示出超出实验室条件的高度鲁棒性。我们展示了城市QKD实验的开发模块化设置的使用结果。
2019-08-17 quant-ph
Experimental Quantum Key Distribution with Decoy States
为了大幅度提高量子密钥分发（QKD）的传输距离和密钥生成速率，人们提出了利用不同强度的信号--量子诱饵的思想。在这里，我们提出了诱饵态QKD的第一个实验实现。通过对一个商用的量子密钥分发系统进行简单的修改，我们证明了在15 km的电信光纤上可以获得165 bit/s的安全密钥生成速率，这是理论极限的1/4。我们还表明，在相同的实验参数，甚至没有一个安全的密钥位可以提取与非诱饵状态协议。与单光子源相比，诱饵态量子密钥分发是一种简单的方法，可以提高无条件安全量子密钥分发的距离和密钥生成速率。
2005-11-03 quant-ph
Efficient quantum key distribution with practical sources and detectors
研究了一个仅使用实际设备的量子密钥分发系统的安全性。目前，衰减激光脉冲被广泛使用，并被认为是最实用的光源。对于光子的接收器，阈值（或开/关）光子探测器几乎是唯一的选择。结合诱骗态的思想和基于不确定原理的安全论证，我们证明了由这种实用设备组成的QKD系统可以在密钥速率和距离限制没有任何显著损失的情况下实现无条件安全。
2006-09-23 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
Integrated Server for Measurement-Device-Independent Quantum Key Distribution Network
量子密钥分发（QKD）是量子物理学和光电子学的结合，理论上可以保证无条件安全的信息交换。近年来，量子密钥分发技术在理论和实验上的进展已经成功地关闭了检测终端的物理后门。然而，可扩展性、稳定性、成本和损耗等问题阻碍了QKD系统在实际中的广泛应用。在这里，我们提出并实验证明了一个解决方案，建立一个星型拓扑结构的量子接入网络与集成服务器。利用飞秒激光直写技术，我们将贝尔态分析器的所有元件集成在一起，并能够在单个光子芯片上集成多个这样的分析器。测试结果表明，该集成服务器是MDI-QKD网络实际应用的良好平台。
2018-08-26 quant-ph
Field Test of Quantum Key Distribution with High Key Creation Efficiency
本文开发微型1550纳米单光子源，在50个时间仓中生成近最优波形的窄带单光子，并在现场测试中实现97%密钥生成效率的差分相移QKD。
2024-06-12 quant-ph
A model for optimizing quantum key distribution with continuous-wave pumped entangled-photon sources
量子密钥分发（QKD）允许基于量子力学定律而不是关于计算硬度的假设的无条件安全通信。为了实现高安全密钥速率，优化给定QKD实现的操作参数是必不可少的。到目前为止，还没有一个模型能准确描述连续波泵浦下基于纠缠的量子密钥分发。第一次，我们分析了量子密钥分发的基本机制与时间上均匀的对创建概率，并开发了一个简单但准确的模型来计算最大安全密钥速率的最佳权衡。特别是，我们找到了一个优化策略的源亮度给定的损失和检测时间分辨率。该模型使用的所有实验参数都可以在标准QKD实现中直接推断，并且不需要对设备性能进行额外的评估。与实验数据的比较表明了模型的有效性。我们的研究结果产生了一个工具，以确定现有的QKD系统的最佳操作参数，从头开始计划一个完整的QKD实现，并确定基本的密钥速率和给定连接的距离限制。
2021-07-22 quant-ph
Experimental demonstration of phase-remapping attack in a practical quantum key distribution system
各种量子密钥分发（QKD）协议的无条件安全性证明都是建立在理想化的假设之上的。一个关键的假设是：发送者（Alice）可以毫无差错地准备所需的量子态。然而，在实际的QKD系统中可能违反这样的假设。在本文中，我们通过实验证明了一种技术上可行的“拦截并重新发送”攻击，利用商业“即插即用”QKD系统中的安全漏洞。由此产生的量子比特错误率为19.7%，低于BB84协议的20.0%的安全界限。我们使用的攻击是相位重映射攻击（C.- H. F. Fung等人，Phys.Rev.A，75，32314，2007）。
2010-05-13 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
Optimizing Decoy State Enabled Quantum Key Distribution Systems to Maximize Quantum Throughput and Detect Photon Number Splitting Attacks with High Confidence
量子密钥分发（QKD）是一种创新的量子通信协议，它利用量子力学的定律在地理上分离的两方之间生成无条件安全的密码密钥材料。QKD的独特性质显示了高安全性应用的前景，例如银行，政府和军事环境中的应用。然而，量子密钥分发系统存在着实现非理想性，这会对系统的性能和安全性产生负面影响，特别是为了提高系统吞吐量和减轻光子数分裂（PNS）攻击的威胁，量子密钥分发系统常常采用诱骗态协议。在这项工作中，诱饵状态协议进行了详细的分析，优化性能的量子吞吐量和安全性方面检测PNS攻击。这项研究的结果唯一地表明，诱骗状态协议可以确保PNS攻击检测具有高的信心，同时最大限度地提高安全的密钥生成率，而无需额外的成本。此外，还为QKD系统开发人员和用户提供了实施安全指南。
2016-06-23 quant-ph
Hacking Quantum Key Distribution via Injection Locking
无条件的安全通信，被追求了几千年，然而，由于加密和黑客之间的持续竞争，还没有达到。量子密钥分发（QKD）利用量子力学的叠加和不可克隆的性质，通过结合克劳德·香农严格证明的一次一密算法，可以保证无条件的安全性。人们在构建实用化和商业化的QKD系统方面做了大量的努力，特别是诱饵态被用来检测针对单光子源漏洞的光子数分裂攻击，而测量设备无关（MDI）QKD进一步封闭了检测端的所有漏洞，使得QKD系统看起来有了实际的应用。在这里，我们提出并实验证明了一个MDI-QKD黑客策略的可信源的假设，通过使用注入锁定技术。Eve将随机选择的偏振态的近非共振光子注入发送者的激光器，只有当Eve的选择与发送者的状态匹配时，才能发生频率偏移的注入锁定。通过设置一个移动窗口，然后将光子的频率切换回来，Eve原则上可以在不终止实时QKD的情况下获得所有密钥。我们观察了注入光子的半导体激光器的动态特性，并获得了原始密钥的60.0%的黑客成功率。我们的研究结果表明，无条件安全的矛和盾的竞争可能会继续下去，直到所有潜在的漏洞被发现并最终关闭。
2020-03-04 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Towards Global Quantum Key Distribution
该综述梳理QKD从实验室到商用的发展现状，分析其全球拓展面临的性能、成本、安全等挑战，围绕协议、设备等维度概述实现方案，探讨长距离QKD并指明未来研究方向。
2025-11-14 physics.optics quant-ph
Quantum man-in-the-middle attack on the calibration process of quantum key distribution
量子密钥分发（QKD）协议在理论上被证明可以在两个远程合法用户之间提供无条件安全的密钥。密钥分配信号通过校准过程建立的量子信道传输，满足高计数率和低误码率的要求。所有的QKD安全性证明都隐含地假设量子信道已经被安全地建立。然而，窃听者可能会攻击校准过程，以打破QKD的安全性假设，并提供先决条件，成功窃取有关最终密钥的信息。灵感来自N。Jain等人，107，110501（2011）中，我们通过发起量子中间人攻击，拦截所有校准信号并重新发送伪造信号，揭示了被动基选择BB84 QKD系统校准过程的安全风险。可以引起大的时间依赖于位或依赖于基的检测器效率失配。然后，我们提出了一个基于基依赖探测器效率失配（BEM）的伪态攻击的单光子BB84量子密钥分配强调BEM的威胁。此外，还简单直观地研究了基于边界元法的单光子量子密钥分发系统的安全性。提出了两种有效的对策，以消除校准过程中的一般安全风险。
2018-03-10 quant-ph
Misconception in Theory of Quantum Key Distribution -Reply to Renner-
Yuen指出，以Shor-Preskill理论为指导的量子密钥分发（QKD）安全理论存在严重缺陷，特别是其密钥率理论是不正确的。量子密钥分配的理论研究者试图改善量子密钥分配的一些缺陷。特别是Renner利用了迹距离和量子剩余Hash引理。然而，目前的理论遇到了一个问题的定量评估的安全性。为了解决这个问题，他对跟踪距离及其级别epsilon_{sec}作了错误的解释，并证明了当epsilon_{sec}为10^{-6 } ~ 10^{-20}时，自己的系统是无条件安全的。在本文中，我们讨论了以下问题。对当前理论的误解的根源是什么？目前的理论是如何导致这种误解的？为了展示他们形成错误概念的过程，本文考察了具有典型错误概念的Koashi-Preskill理论。我们的评论的一个主要观点是，QKD理论忽略了对攻击者的安全要求，这是必要的，从经典到量子加密方案进行比较。为了澄清这一点，我们强调，迹距离本身不具有任何操作意义，如故障概率，它只是数学工具，作为一个衡量接近。因此，给出了具有从它们的公式导出的上述值的安全性在一般密码学意义上没有任何意义。此外，本文还指出了Bennett和Riedel关于量子密钥分配无条件安全性的评论是不正确的。此外，我指出，洛斯阿拉莫斯，东芝英国，NICT和其他团体的实验系统，甚至在未来也不能有安全保证。
2013-06-06 quant-ph
Security proof of a three-state quantum key distribution protocol without rotational symmetry
量子密钥分发（QKD）协议的标准安全性证明通常依赖于对称性论证。本文证明了一个不具有旋转对称性的三态协议的安全性。我们考虑的三态QKD协议涉及三个量子比特状态，其中前两个状态，|0_z>和|1_z>，可以有助于密钥生成和第三状态，|+>=(|0_z>+|1_z>）/ \sqrt{2}，用于信道估计。该协议已经在一些基于频率的QKD系统中被提出并实验实现，其中三个状态可以很容易地制备。因此，通过建立在这个三态协议的安全性上，我们证明了这些QKD方案实际上是无条件安全的，可以抵抗量子力学所允许的任何攻击。我们证明的主要任务是在给定观测到的比特错误率的情况下，上界量子比特的相位错误率。无条件安全性不仅可以在单光子源和完美探测器的理想情况下得到证明，而且可以在相位随机弱相干光源和不完美阈值探测器的现实情况下得到证明。我们的相位误差率上界的结果是独立的信道中的损失。此外，我们比较了三态协议与BB84协议。对于单光子源的情况，我们的结果证明了BB84协议严格容忍比三态协议更高的量子误码率;而对于相干源的情况，BB84协议在使用诱骗态方法时比三态协议实现了更高的密钥生成速率和安全距离。
2006-09-20 quant-ph
Experimental implementation of distributed phase reference quantum key distribution protocols
本研究在电信波长下实验实现了基于光纤的相干单向和差分相移QKD协议，并分析了密钥率随距离、披露率、压缩比和探测器死时间等参数的变化。
2023-12-30 quant-ph
Quantum multiparty key distribution protocol without use of entanglement
我们提出了一个量子密钥分发（QKD）协议，该协议使得在窃听者存在的情况下，三方能够在不使用纠缠的情况下同时就共享的公共随机比特串达成一致。我们证明了它的无条件安全性，并分析了密钥速率。
2007-08-07 quant-ph
Relativistic Quantum Cryptography
量子密钥分发（QKD）是一种基于量子物理基础的密钥交换概念。它的完美实现提供了无条件的密钥安全性，然而，如果量子信道损失超过一定的实现特定的界限，已知的实用方案是潜在的脆弱性。这种差异是由于任何实际的光子源都有一个非零的概率一次发射两个或更多的光子，而理论上只需要一个。我们报告了一个本质上不同的QKD方案的基础上量子物理和相对论。它与实际的光子源在任意大的信道损耗下都可以工作。我们的方案自然是为自由空间光信道量身定制的，并且可以用于地面到卫星通信，其中损耗对于常规QKD来说是非常大且不可预测的。
2014-03-12 quant-ph
Security Assumptions in Dispersive-Optics QKD
本研究指出色散光学QKD中现有安全性分析高估了安全密钥率，提出一种窃听者更优的替代攻击模型，并证明在某些实验条件下实际安全密钥率为零。
2024-03-13 quant-ph
Versatile Wavelength-Division Multiplexed Quantum Key Distribution Network Operating Simultaneously in the O and C Bands
Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学）；Padua Quantum Technologies Research Center, Università degli Studi di Padova（帕多瓦量子技术中心，帕多瓦大学）
本研究展示了一个四节点QKD网络，利用O和C波段的波长分割多路复用技术，实现多功能且低成本的量子安全密钥分发。
2025-07-15 quant-ph
Adaptive Measurement-Device-Independent Quantum Key Distribution
Quaid-e-Azam University（奎德·阿扎姆大学）
研究旨在改进量子密钥分发协议，提出用光子数分辨探测器取代阈值探测器实现自适应测量设备无关量子密钥分发，计算了秘密密钥率等指标对传输距离的依赖性，使量子密钥分发协议更具现实性。
2026-07-21 quant-ph
Security of quantum key distribution with multiphoton components
大多数基于量子比特的量子密钥分发（QKD）协议仅从衰减激光的单光子分量中提取安全密钥。然而，在Scarani-Acin-Ribordy-Gisin 2004（SARG 04）QKD协议中，通过修改BB84协议中经典的后处理过程，可以从双光子分量中提取无条件安全的密钥。利用SARG 04量子密钥分配协议的优点和六态制备，可以从单个光子到四个光子的分量中提取安全密钥。本文给出了单光子、双光子、三光子和四光子源六态SARG 04协议的安全密钥速率与误码率之间的精确关系。通过限制相位误差和比特误差之间的互信息，我们得到了比以往工作更高的多光子分量的安全比特误码率阈值。此外，我们还比较了六态SARG 04协议与其他使用诱骗态的捕获和测量QKD协议的性能。
2016-07-08 quant-ph
Measurement device independent quantum key distribution over 404 km optical fibre
量子密钥分发（QKD）可以在两个相距遥远的参与者之间提供无条件的安全通信。尽管QKD的意义无可争议，但由于现实生活中QKD系统的实际应用存在一定的局限性，其可行性一直受到质疑。人们普遍认为，缺乏完善的单光子源和探测损失的存在将通过产生安全漏洞和距离限制来阻碍QKD的可行性。采用诱骗态方法的测量设备无关量子密钥分发（MDIQKD）解决了单光子源不完善和探测丢失带来的安全威胁。如何利用这种优越的方法来延长量子密钥分配的距离，提高密钥分配的成功率，是量子密钥分配实际应用中的核心问题。在这里，我们报告的结果MDIQKD超过404公里的超低损耗光纤和311公里的标准光纤，采用优化的四强度诱饵状态的方法。这种MDIQKD方法的破纪录实现不仅为MDIQKD和所有类型的QKD系统提供了新的距离记录，更重要的是，它实现了传统BB84 QKD即使使用理想的单电话源也无法使用相同的检测设备实现的距离。我们的工作第一次证明，使用MDIQKD方法，不完美的设备可以实现比理想源更好的结果。这项工作是证明和开发可行的长距离QKD的重要一步。
2016-06-22 quant-ph
Adaptive Real Time Selection for Quantum Key Distribution in Lossy and Turbulent Free-Space Channels
量子密钥分发（QKD）允许两个用户之间无条件安全地共享随机密钥：密钥通常通过交换光子流来生成。QKD的长期愿景由量子网络代表，由涉及地面和/或卫星站的光纤和自由空间链路实现。大气湍流的存在是自由空间量子通信的一个障碍，这是由于光损耗的增加。本文介绍了一种利用大气湍流作为量子密钥分配资源的方法。在接收器处的自适应实时选择（ARTS）技术允许利用信道的波动transmittance，从而增加安全密钥速率。
2018-08-30 quant-ph
Demonstration of microwave single-shot quantum key distribution
针对经典加密面临量子计算威胁的问题，提出基于位移压缩微波态的连续变量QKD方案，用超导器件实现单次检测，验证无条件安全性，证明现有技术可实现短距离露天及长距离低温下的安全微波量子通信。
2023-11-18 quant-ph
Unconditional quantum cloning of coherent states with linear optics
提出了一种光相干态的最佳高斯克隆方案，并进行了实验验证。它的光学实现完全基于简单的线性光学元件和零差检测。所提出的方案的最优性仅限于检测效率低。在实验中，我们实现了约65%的克隆保真度，这几乎接近2/3的最佳值。
2005-07-14 quant-ph
