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51, 112701(2014)
激光与光电子学进展
Laser & Optoelectronics Progress
©2014《中国激光》杂志社
112701-1
量子-经典混合光网络的密钥分配协议研究
东 晨
1,2
赵尚弘
1
董 毅
1
赵顾颢
1
赵 静
1
1
空军工程大学信息与导航学院, 陕西 西安 710077
2
西安通信学院信息安全系, 陕西 西安 710006
摘要 分析了点对点量子密钥分配协议 的 特点,在此基础上仿真研究了不同用户 数 量下量子-经典混合光网络 量 子
密钥分配协议的网络性能,同时对比了三类协议的网络部署成本。仿真结果表明,对于中小型接入网(仿真用户数为
32),制备 -测量协议 密钥生成率最高 ,安全传输距 离最短,纠 缠光协议密钥生 成 率最低,安 全传输距离最长 ;对于较
大规模网络,测量设备无关协议的网络部署成本最小,是建立混合光网络的最优选择。
关键词 量子光学;量子密钥分配;制备-测量分配协议;纠缠光分配协议;测量设备无关分配协议
中图分类号 O431.2 文献标识码 A doi: 10.3788/LOP51.112701
Analysis of Quantum Key Distribution Protocols in Hybrid Quantum-
Classical Optical Network
Dong Chen
1, 2
Zhao Shanghong
1
Dong Yi
1
Zhao Guhao
1
Zhao Jing
1
1
School of Information and Navigation, Air Force Engineering University, Xi′an, Shaanxi 710077, China
2
Department of Information Security, Xi′an Communication College, Xi′an, Shaanxi 710006, China
Abstract Quantum key distribution (QKD) networks are designed to allow multi-users for a dynamically any-
to- any security communication. In this paper, three quantum key distribution schemes, compatible with
classical optical networks, for future HQC networks are proposed and compared. For small- to- moderate size
network, the highest secret key generation rate is supported by the prepare- measure scheme and the longest
security distance is offered by entanglement- based scheme. For large networks, measurement- device-
independent QKD, which is less demanding end-user technology and offers the best key rate, is the most proper
solution for a cost-effective and reliable network deployment.
Key words quantum optics; quantum key distribution (QKD); prepare-measure QKD; entanglement-based
QKD; measurement device independent QKD
OCIS codes 270.5565;010.1330;270.5568
1 引 言
量子密钥分配
[1]
(QKD)作为量子 信息科学的重要 分支,以其建立在量子力学和信息论框架下的无条件
安全性特点
[2-4]
,近年来已成为国内外的研究热点之一
[5-9]
。在理论方面人们提出了制备-测量分配协议、基于
纠缠光分配协议和测量设备无关分配协议并且通过实验进 行了验证
[10- 12]
,点对 点量子密钥分配协议已经进
入了 实用 化阶 段,但是点 对点 量子 密钥 分配 协议 使密 钥只 能在 节点 与节 点之 间分发,无法满足多个用 户之
间建 立保 密链 路的 实际 需求 ,为了以有限的资源给更多的用户提供安全通信服务,在 经典 光网 络上 集成 量
子密钥分配网络,建立量子-经典混合光网络成为一种经济实用的可行方案。
在建立实际的量子-经 典混 合光网络时,如何选择量子密钥分配协议为多 用户 提供安全通信的链路成
为网络部署的核心问题。本文在分析点对点量子密钥分配协议特点的基础上,仿真研究了不同用户数量对
收稿日期: 2014-05-04; 收到修改稿日期: 2014-06-05; 网络出版日期: 2014-10-21
基金项目: 国家自然科学基金(61106068)
作者简介: 东 晨(1985—),男,博士研究生,主要从事量子信息处理及量子密钥分配方面的研究。
E-mail: dongchengfkd@sina.com
导师简介: 赵尚弘(1960—),男,教授,博士生导师,主要从事卫星光网络方面的研究。E-mail: zhaoshangh@aliyun.com
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