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中國科大在量子密鑰分發(fā)實(shí)際安全性研究中取得突破

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2019-01-04 18:43:20 字號(hào)：A- A A+ 來源：觀察者網(wǎng)

關(guān)鍵字: 量子量子秘鑰

導(dǎo)讀
韓正甫研究組發(fā)現(xiàn)了門控模式單光子探測器的一種潛在漏洞，提出并實(shí)現(xiàn)了雪崩過渡區(qū)攻擊方法。

據(jù)中科院網(wǎng)站1月4日消息，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授郭光燦團(tuán)隊(duì)在量子密碼安全領(lǐng)域取得新進(jìn)展，該團(tuán)隊(duì)的王雙、銀振強(qiáng)、陳巍、韓正甫等人針對(duì)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中單光子探測器實(shí)際特性展開研究，提出了包含后脈沖效應(yīng)的系統(tǒng)優(yōu)化模型，并利用雪崩過渡區(qū)非線性特性實(shí)現(xiàn)量子黑客攻擊，為量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的實(shí)際安全性分析和測評(píng)提供了新思路和技術(shù)手段。這兩項(xiàng)成果同期發(fā)表在2018年12月的Physical Review Applied上。

隨著量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)速率不斷提高，單光子探測器的后脈沖效應(yīng)將顯著增強(qiáng)。后脈沖是指探測器中的雪崩光電二極管在發(fā)生雪崩之后，一段時(shí)間內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生二次雪崩的現(xiàn)象。過去忽略后脈沖效應(yīng)的模型需要修正：一方面后脈沖會(huì)在系統(tǒng)中引入更多的錯(cuò)誤響應(yīng)，另一方面系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化可有效提高安全密鑰生成率。因此，韓正甫研究組基于自身多年來對(duì)探測器的深入研究[J. Lightwave. Technol. 34, 3610 (2016); J. Lightwave. Technol. 35, 4996 (2017)]，利用后脈沖過程的非馬爾科夫特性，提出了新的模型。該模型將高階后脈沖考慮在內(nèi)，給出了新的計(jì)數(shù)率和誤碼率的計(jì)算方法，顯著提升了高速實(shí)用化系統(tǒng)的核心性能指標(biāo)。

不同后脈沖率下新舊模型的密鑰率對(duì)比

雪崩光電二極管探測器的非完美性會(huì)帶來安全性漏洞，是實(shí)際系統(tǒng)安全性測評(píng)的重要內(nèi)容。韓正甫研究組發(fā)現(xiàn)了門控模式單光子探測器的一種潛在漏洞，提出并實(shí)現(xiàn)了雪崩過渡區(qū)攻擊方法。在門控信號(hào)從開啟到關(guān)閉的過渡階段，探測輸出具有很強(qiáng)的非線性特性。通過控制攻擊信號(hào)的光強(qiáng)和在過渡區(qū)的位置，量子黑客可以有效控制該探測器的響應(yīng)，獲取全部密鑰信息而不被感知。該攻擊方法為實(shí)際系統(tǒng)的安全性測評(píng)和標(biāo)準(zhǔn)化提供了技術(shù)儲(chǔ)備。

雪崩過渡區(qū)原理圖

這兩篇論文的第一作者分別是博士生范元冠杰、錢泳君和實(shí)驗(yàn)師何德勇（共同第一作者），中國科大教授王雙和銀振強(qiáng)為文章的通訊作者。這項(xiàng)工作得到科技部、國家自然科學(xué)基金委、中科院和安徽省引導(dǎo)項(xiàng)目的資助。

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標(biāo)簽中國科技科技創(chuàng)新量子力學(xué)
- 責(zé)任編輯:于文凱
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