济南量子技术研究院

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济南量子技术研究院完成侧信道无关量子密钥分发实验

发布时间:

2022-05-17

近日,济南量子技术研究院王向斌、张强等研究人员与中国科大潘建伟院士团队,中科院上海微系统所尤立星团队合作,首次实现了侧信道无关量子密钥分发的实验验证,该成果于2022年5月13日发表在国际著名学术期刊《物理评论快报》上。该成果可以抵御任何针对现实量子密钥分发(QKD)实验系统探测端和源端出射光子的侧信道攻击,在提升QKD现实安全性方面迈出了成功的一步。


QKD基于量子力学基本原理,理论上可以产生无条件安全的密钥。然而,实验实现和理论之间存在很大差距。在实际的QKD系统中,由于现实器件的不完美,窃听者可以利用编码维度以外的侧信道来窃取密钥,这给现实的QKD系统留下了潜在的安全性漏洞。2012年测量设备无关量子密钥分发(MDI-QKD)协议的提出将QKD系统探测端的安全性漏洞完全关闭,但是从源端出射的光子仍然可能遭受侧信道攻击,从而降低现实系统的安全性。


2019年,我院王向斌教授在自己“发送”或“不发送”双场量子密钥分发协议的基础上,通过将无侧信道安全性漏洞的理想光源映射到现实的不完美光源上,提出了一种侧信道无关的QKD协议,该协议不仅可以抵御任何针对QKD系统源端出射光子的侧信道攻击,还继承了MDI-QKD协议免疫任何针对探测端攻击的特点,具有很高的安全性等级。


研究组基于该理论协议,利用时频传输等关键技术精确控制两台独立激光器的频率,采用简单易行的“发送”或“不发送”方式编码光脉冲,并利用相位参考光来估计和补偿光纤的相对相位快速漂移,最终在50公里光纤中实现了侧信道无关的量子密钥分发。该研究成果表明,利用现有的商用产品和成熟技术,可以在现实QKD系统中实现同时免疫任何针对源端出射光子和探测端的侧信道攻击。此外,研究组也分析了在提高实验系统性能的条件下,该方案可以进行超过170公里的侧信道无关量子密钥分发。



《物理评论快报》杂志审稿人评价这项工作“在解决QKD领域中一个长期存在的问题——实现安全性问题——方面有很大的帮助。”(“ appear to go a long way to addressing a long-standing problem in the QKD community – namely the issue of implementation security.”)。


论文链接:

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.190503


该工作得到了科技部、国家自然科学基金委、山东省重点研发计划项目、山东省泰山学者建设工程、济南市和济南高新区的资助。