Experimental Side-Channel-Free Quantum Key Distribution
量子密钥分发理论上可以为远程用户提供无条件安全的密钥交换。然而,在实际应用中,大多数量子密钥分发系统中,量子黑客都可能通过监听信源中的边信道(如光子频谱、发射时间、传播方向、空间角动量等)来窃取安全密钥,因为边信道可能存在于任何编码空间中,无论设计者是否注意到。在这里,我们报告了一个实验实现的无侧信道的量子密钥分发协议,不仅是测量设备无关的,但也免疫源的所有侧信道攻击。通过50 km的光纤线轴,我们实现了每脉冲4.80e-7的安全密钥速率。
2021-03-10 quant-ph
Two-way deterministic quantum key distribution against detector side channel attacks
在双向确定性量子密钥分发(DQKD)协议中,鲍勃随机准备四种状态之一的量子比特,并将它们发送给爱丽丝。为了对比特进行编码,爱丽丝对每个接收到的量子比特执行操作,并将其返回给鲍勃。然后,鲍勃测量反向量子比特,以了解爱丽丝的操作,从而了解密钥比特。最近,我们证明了该协议的最终密钥在理想设备设置的无条件安全性。在本文中,我们证明了双向DQKD协议是免疫所有检测器侧信道攻击在鲍勃的一面,而我们假设理想的检测器在爱丽丝的一面进行错误测试。我们的研究结果代表了一个进步,使DQKD协议的安全,对一般的检测器侧信道攻击。
2013-12-10 quant-ph
Side-channel-free quantum key distribution with practical devices
基于真空状态下不存在边信道的思想,提出了无边信道的量子密钥分发(SCHKD)协议,该协议对源边信道空间中的所有攻击和检测器中的所有攻击都具有免疫性.在最初的SCWKD协议中,一个重要的假设是Alice和Bob可以产生完美的真空脉冲。但由于强度调制器的消光比有限,实际上不可能获得理想的真空脉冲。本文解决了这一问题,并利用不发射理想真空脉冲的实源器件实现了量子密钥分发侧信道的安全性。我们的结论只依赖于源强度的上界。不需要其他假设,例如稳定的源和稳定的侧信道。数值计算结果表明,当非理想真空源的强度上界小于$10^{-8}$时,与采用理想真空源的SCEKD协议相比,密钥速率和安全距离仅略有降低,而采用两级强度调制器可以在实验中实现该上界.我们还表明,双向经典通信可以用于SCEMDKD协议的数据后处理,以提高密钥速率。特别地,主动奇校验配对方法可以将所有距离的密钥速率提高约2倍,并且安全距离提高约40 km。给出了基于不完全真空的边信道安全性,使得边信道安全QKD的实现成为可能。
2022-05-19 quant-ph
Hidden multi-dimensional modulation side channels in quantum protocols
该研究揭示实际量子设备常存在隐藏多维调制,破坏协议的维度假设并引入侧信道,为量子密钥分发、盲量子计算等密码协议的安全评估提供重要警示。
2025-02-17 quant-ph
Practical Quantum Key Distribution Secure Against Side-Channels
量子密钥分发(QKD)的理论与实践之间存在着很大的差距,因为实际设备并不满足安全性证明所要求的假设。在这里,我们通过引入一种简单实用的测量设备无关(MDI)QKD类型的协议来缩小这一差距,该协议基于相干光的传输,我们证明了其对任何可能的设备缺陷和/或发射机侧边信道的安全性。除了使用一个简单得多的实验设置和源特性,只有一个单一的参数,我们表明,该协议的性能与其他MDI-QKD类型的协议,忽略了几个边信道的影响。
2020-07-23 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
Encoding-side-channel-free and measurement-device-independent quantum key distribution
我们提出了一个简单的协议,其中Alice和Bob只需要发送一个相干状态或不发送一个相干状态给Charlie。没有基地切换。我们表明,该协议是编码状态侧信道自由的源部分和测量设备无关。我们不必精确地控制光脉冲的整个空间状态,这在实践中是不可能的任务。该方案不受光子频谱、发射时间、传播方向、空间角动量等编码状态不完备性的影响,数值模拟表明,在给定$20\%$单光子干涉错位误差率的情况下,该方案可以在200 km以上的距离上实现无侧信道的量子密钥分发.
2018-11-03 quant-ph
Side-channel-secure quantum key distribution
本文提出在完全现实条件下的侧信道安全QKD,不仅与测量设备无关且容忍不完美源设备,通过虚拟映射给出一般安全性证明,并改进方法使密钥率提升1-2个数量级,获得可直接使用的非渐近密钥率。
2023-05-20 quant-ph
The private classical capacity with a symmetric side channel and its application to quantum cryptography
研究了量子信道的边信道辅助私有容量,给出了单字母公式。这种能力是附加的,凸的,并且对于可降解的信道,等于无辅助的私有容量。虽然一个通道的(无辅助)容量为私人经典通信可能会严格大于其量子容量,我们将表明,这些能力是相等的可降解的通道,从而证明了在这种情况下的隐私和量子相干性的等价性。利用这些思想,我们找到了新的界限的量子密钥分发协议的密钥速率与单向经典后处理。对于Bennett-Bennard-84(BB84)协议,我们的研究结果表明,集体攻击严格强于个人攻击。
2007-05-25 quant-ph
Measurement device-independent quantum key distribution with passive, time-dependent source side-channels
虽然测量设备无关(MDI)量子密钥分发(QKD)允许两个可信方从远处建立共享密钥,而无需信任中央检测节点,但它们的量子源必须具有良好的特征,源处的侧信道对协议的安全性构成最大的漏洞。在本文中,我们确定了一个时间依赖的侧通道,在共同的偏振为基础的QKD源,采用法拉第镜相位稳定。我们应用最近开发的数值证明技术[Phys. Rev. A 99,062332(2019)]来量化密钥速率对侧信道量子光学模型的敏感性,并制定减轻信息泄漏的策略。特别是,我们发现MDI三态和BB84协议,虽然在理想条件下产生相同的密钥速率,但在存在侧信道的情况下具有不同的结果,BB84证明更有利。虽然我们只考虑一个有代表性的案例,我们希望开发的策略和关键率分析方法,可广泛适用于其他泄漏源。
2021-08-19 quant-ph
Practical scheme for long distance side-channel-free quantum key distribution with weak coherent states only
通过引入从理想源映射的思想,证明了无边信道(SCF)源不一定是理想源。我们提出了一个用于量子密钥分发(QKD)的三态非接触协议,其中Alice和Bob不调制任何光,只做发送(或不发送,在sending-or-not协议中)。参考光来自独立的激光器。我们表明,该协议是无侧信道的(即,源侧信道自由且测量设备独立),并且除了发送或不发送之外,对于用于QKD编码的弱波束没有调制。计算表明,仅使用相干态源,就可以达到300 km以上的无旁道安全距离。我们使用最坏情况分析,不需要限制的通道或检测损失的安全性。该方案不受光子频谱、发射时间、传播方向、空间角动量等侧信道的影响,数值模拟表明,在单光子干涉错位误差率为30%的情况下,该方案可以在200 km以上的距离上实现无侧信道的量子密钥分发,以及在给定10%的单光子干涉未对准误差率的情况下大于300 km的距离。我们的无接触思想也可以应用于相位编码双场QKD协议。无接触的想法也适用于相位编码的双场QKD。
2018-06-05 quant-ph
Side-channel-free quantum key distribution
量子密钥分发(QKD)提供了绝对安全通信的希望。然而,绝对安全的证明往往假设从理论到实验的完美实现。因此,现有的系统可能容易受到依赖于实验实现中的缺陷的阴险的侧信道攻击。在这里,我们将QKD协议中的所有真实信道替换为虚拟信道,使私有空间内的相关检测器和设置无法访问,同时充当希尔伯特空间滤波器以消除侧信道攻击。通过使用量子存储器,我们发现我们能够通过在分布式状态上计算的纠缠蒸馏率来限制秘密密钥率。
2014-06-20 quant-ph
High-speed and high-performance polarization-based quantum key distribution system without side channel effects caused by multiple lasers
在基于高速偏振的BB84量子密钥分发(QKD)系统中,通过增加直流偏置电流,可以消除多个激光二极管随机产生比特所引起的光子脉冲的时间不一致和强度起伏等边信道效应.然而,在高直流偏置电流下由自发发射过程引起的背景光子降低了QKD系统的性能。在这项研究中,我们调查,为第一次,自发发射的光子对系统性能的影响,在高速QKD系统在400 MHz的时钟频率。此外,我们进一步展示了系统性能的改善,没有边信道的影响,利用时域滤波技术与实时FPGA信号处理。
2017-11-22 quant-ph
Practical Phase-Coding Side-Channel-Secure Quantum Key Distribution
CAS Key Laboratory of Quantum Information, University of Science and Technology of China(中国科学院量子信息重点实验室,中国科学技术大学);CAS Center for Excellence in Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China(中国科学院量子信息与量子物理学前沿卓越中心,中国科学技术大学);State Key Laboratory of Cryptology(密码学国家重点实验室)
针对量子密钥分发中的设备漏洞,提出相位编码侧信道安全(PC-SCS)协议,免疫源端不相关侧信道和测量端漏洞,仅需调制两相位,可实现300公里传输距离。
2023-05-29 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
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
Symmetries of Multipartite Entanglement Evolution in Many-Sided Local Channels
量子系统初态和量子信道的对称性同时作用于系统的各个部分,可以大大简化纠缠演化的描述。利用纠缠度作为纠缠度量,研究了当每个量子比特独立于其他量子比特受到局域信道影响时,系统的纠缠演化。我们表明,对于最终量子态的低秩密度矩阵,当只有一个量子位受到本地信道的影响时,这种复杂的纠缠动力学可以完全由代表初态纠缠演化的独立因素的组合来描述。
2014-02-04 quant-ph
Masking Countermeasures Against Side-Channel Attacks on Quantum Computers
本研究提出修改量子计算机转译器的掩码防御方案,可在特定门集合可防护的前提下,通过深度线性增长的转译电路隐藏量子电路信息,并在IBM量子计算机上验证了实现可行性。
2025-01-13 cs.CR quant-ph
Experimental Side Channel Analysis of BB84 QKD Source
量子通信的BB84协议的典型实现使用四个激光二极管来传输弱相干脉冲,其可能不具有相同的特性。我们的特点是这些激光器的失配在各种参数,如光谱宽度,脉冲宽度,空间模式,峰值波长,偏振和它们的到达时间在接收器。该信息被用来计算可能的信息泄漏通过侧信道攻击通过评估源和窃听者之间的互信息。基于我们对不同激光二极管的参数值之间的互相关的实验观察,我们提出了减少信息泄漏到Eve的方法。
2021-09-02 physics.optics quant-ph
Radio-Frequency Side-Channel Analysis of a Trapped-Ion Quantum Computer
Institute for Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI), Austrian Academy of Sciences(奥地利科学院量子光学与量子信息研究所)
研究发现并利用了俘获离子量子计算机中因射频信号泄漏产生的侧信道,通过分析单离子和纠缠门的脉冲特性,验证了该攻击向量,并提出缓解信息泄露的方法。
2026-10-06 cs.CR quant-ph
Entanglement-Assisted Capacity of Quantum Channels with Side Information
考虑了在编码器处具有因果或非因果信道边信息(CSI)的随机参数量子信道上的纠缠辅助通信。这描述了量子信道依赖于输入环境的量子态的场景。虽然解码器Bob无法访问此状态,但发送器Alice对她的环境执行一系列投影测量并相应地编码她的消息。Dupuis建立了非因果CSI的纠缠辅助能力。在这里,我们建立在因果设置的表征,也给出了一个替代的证明技术和进一步的观察非因果设置。
2019-12-09 cs.IT math.IT quant-ph
Coding for classical-quantum channels with rate limited side information at the encoder: An information-spectrum approach
我们研究了经典-量子混合版本的信道编码问题的著名的Gel'fand-Pinsker信道。在经典的设置为这个通道的条件分布的通道输出给定的通道输入是一个函数的随机参数称为通道状态。我们研究这个问题时,速率受限版本的信道状态是在编码器的经典量子凝胶'fand-Pinsker信道。我们建立了容量区域的信息谱设置这个问题。容量域用频谱-超经典互信息率和频谱-量子互信息率量化。
2015-12-12 cs.IT math.IT quant-ph
Message Transmission over Classical Quantum Channels with a Jammer with Side Information: Message Transmission Capacity and Resources
在本文中,我们提出了一个新的模型,任意变化的经典量子信道。在该模型中,干扰机具有边信息。我们考虑两种情况。在第一种情况下,干扰器知道信道输入,而在第二种情况下,干扰器知道信道输入和消息。发送器和接收器共享密钥速率为零的秘密随机密钥。我们确定这两种情况下的平均和最大误差标准的能力。我们还建立了强逆。我们表明,所有这些相应的能力是相等的,这意味着,另外透露的消息的干扰机不会改变的能力。
2018-01-31 cs.IT math.IT quant-ph
Duality between source coding with quantum side information and c-q channel coding
在本文中,我们建立了一个有趣的对偶两个不同的量子信息处理任务,即,经典的信源编码与量子边信息,信道编码的c-q信道。对偶关系的最佳误差指数,这两个任务,推广的经典结果Ahlswede和Dueck。我们建立的对偶性在操作层面上,并在水平上的熵量表征这些指数。对于后者,对偶性由一个精确的关系给出,而对于前者,对偶性表现在以下意义上:一个任务的最佳编码策略可以用来构造另一个任务的最佳编码策略。一路上,我们推导出的误差指数上的约束c-q信道编码与恒定的组合码,这可能是独立的利益。
2018-09-28 cs.IT math.IT quant-ph