作者:吴长锋 杨保国 来源:科技日报 发布时间:2016/11/5 15:17:35
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中国首次实现400公里抗黑客攻击量子密钥分发
打破单光子源的传输终极极限

 

科技日报讯 (记者吴长锋 通讯员杨保国)中国科大潘建伟及其同事张强、陈腾云与清华大学王向斌及中科院上海微系统所、济南量子技术研究院等单位科研人员合作,在国际上首次实现超过400公里抵御量子黑客攻击的测量设备无关量子密钥分发,极大地推动了兼顾安全和实用的远距离光纤量子通信的发展。该成果11月2日发表在国际权威期刊《物理评论快报》上,审稿人评价它“打破了BB84协议下单光子源的传输终极极限”。

增加安全通信距离、提高安全成码率和提高现实系统的安全性,是开发实用性量子密钥分发最重要的三个目标。潘建伟小组取得了一系列国际领先成果,然而实验安全成码率较低,严重限制了该技术的实际应用。对此,清华大学王向斌小组提出了4强度优化理论方法,可以大幅度提高安全成码率和安全距离。理论分析表明,该方法在典型实验条件下可以将成码率提高近两个数量级,从而大幅度提高实用化水平。2016年,潘建伟小组采用王向斌教授发展的理论方法,结合上海微系统所尤立星研究员研制的高效低噪声超导纳米线单光子探测器,成功地将测量设备无关的量子密钥分发安全传输记录拓展至404公里超低损耗光纤和311公里普通光纤距离,创造了光纤传输距离新的世界纪录。

特别值得指出的是,该实验在207公里处的安全成码率比2014年的200公里实验提高了500多倍;在102公里的安全成码率已经足以保证安全的语音通话,从而充分验证了测量设备无关量子密钥分发的实用性。

 
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2016/11/6 9:55:40 可变系时空多线矢主人
纠正“量子密钥保密通信”报道中国际流行的错误观点

(略,请见链接)


本文在[科学网] 链接地址:http://blog.sciencenet.cn/blog-226-1012977.html
2016/11/6 9:06:35 lwg
感谢Darrick朋友不吝赐教。BB84协议的安全性,根本依据是:对于两个45度夹角偏振态,无法以超过75%正确率区分。但这个依据并不是物理事实,由此出发的数学证明自然就毫无意义了。
2016/11/5 23:31:19 Darrick
但是原始的MDI-QKD方案成码效率非常低,使得其实用性下降。而在2014-2016期间,清华大学的王向斌教授将MDI-QKD与四强度(在三强度基础上在加入一个光源)诱骗态方案结合,发展出优化的QKD方案,使得成码效率大大增加。而实验实现也就是这篇文章。
关于lwg朋友所提的东西,我没有仔细去研究(我不是搞QKD的专家),所以不做正确与否的评判。我觉得别人没有指出破解方案是因为懂行的人很清楚对原始的理想条件下BB84协议的攻击都不可能成功,因为无条件安全性(unconditional security)已经被用数学推理严格证明了。剩下的可能的黑客攻击都是针对实际系统的一些不完美的攻击。
如果您坚持认为您可以破解的话,可以整理成学术文章,向quantum information processing,Physical Review A 等权威期刊投稿,这样的话审稿人会很认真地去考察您的提议。不过在此之前,我认为您必须要把安全性证明,量子纠错码等文章都研究透,这样别人才承认您的专业性。
2016/11/5 23:30:39 Darrick
2007年的时候,潘建伟和王向斌教授合作,在实验上演示了基于三强度诱骗态方案的QKD,使得安全通信距离达到了75公里(http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.98.010505)。
在2010年的时候,演示了强光攻击探测器的黑客攻击方式(http://www.nature.com/nphoton/journal/v4/n10/full/nphoton.2010.214.html),使得QKD的安全性又遭到了威胁。不过加拿大的Hoi-Kwong Lo在提出了测量仪器无关的QKD(MDI-QKD,http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.108.130503),使得这一攻击方式也不可行了。
2016/11/5 23:29:26 Darrick
(紧接着)
但是在实际系统中,光源不可能是严格的单光子源,传输通道也有损耗,接受端的探测器也可能会受到窃听者攻击。这一切攻击方式都可以归为现实系统的不理想所造成的攻击方式。
关于针对光源的不理想性的光子数分离攻击(photon number splitting attack, PNS attack),Hwang提出了所谓的诱骗态方案(http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.91.057901),实验中使用两种不同强度的相干态光源,利用窃听者无法区分光子来源于哪个激光源的原理可以抵御光子数分离攻击。这一方案后来被清华大学王向斌教授(提出时在日本)和加拿大的Hoi-Kwong Lo推广为三强度诱骗态方案,使用信号源,真空源,诱骗源三种不同强度的光源来进行量子秘钥分发,使得安全通信距离大大增加。
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