测量设备无关类量子密钥分发研究进展

唐世彪 提敏敏 贾云

(1.科大国盾量子技术股份有限公司，合肥 230088；2.山东量子科学技术研究院有限公司，济南 250101)

0 引言

量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)从理论上给出了一种实现信息理论安全性的路径。理想的QKD协议，比如BB84 QKD协议已经被证明是信息理论安全的[1-2]，也就是说，QKD协议的安全性不依赖于对攻击者的计算能力假设限定。这一特性极大地激励人们研究如何从技术上实现QKD。进一步的研究表明，如果现实设备的器件性能和QKD协议要求的器件性能之间具有差距，因此可能会产生安全漏洞。例如，理想的BB84 QKD协议要求使用单光子源，利用单光子不可克隆原理保证通信安全。然而，真正的单光子源现实中难以实现。通常QKD设备用来代替单光子源的弱相干光源有一定的机率会发出多光子信号，这会导致光子数分离攻击[3-5]。2005年提出的诱骗态量子密钥分发协议使用弱相干光源代替单光子源，可解决现实设备光源端不完美问题。探测系统是QKD实现中最脆弱的部分，针对探测器端设备的不完美，攻击者可通过强光致盲攻击、时移攻击、死时间攻击等窃取密钥信息。为抵抗探测器端攻击，最初使用的是安全补丁方法，即发现新型攻击后，QKD系统采取对应防御措施，通常只对现有系统的软硬件进行改造。该方法虽然可抗某些攻击，但可能会产生新的漏洞，且只能抗已知攻击，对潜在的未知攻击无效。第二种方法是对设备进行表征并用数学模型进行精确描述，然后将该模型包含在安全性证明中，进行不完美设备的实际安全密钥率估算。……