中國科大量子密鑰分發(fā)攻防研究獲進(jìn)展

　　【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在量子密鑰分發(fā)(QKD)的實(shí)際安全性研究方面取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)韓正甫、王雙、銀振強(qiáng)、陳巍等發(fā)現(xiàn)了QKD發(fā)送端調(diào)制器件的一種潛在安全性漏洞；進(jìn)一步利用該漏洞完成的量子黑客攻擊實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)QKD的發(fā)送端未對該漏洞進(jìn)行嚴(yán)格防護(hù)時，攻擊者有可能利用其獲取全部的密鑰信息。上述兩項(xiàng)成果分別在線發(fā)表在《光學(xué)》(Optica)和《應(yīng)用物理評論》(Physical Review Applied)上，并入選當(dāng)期的編輯推薦工作。
 

　　QKD理論上可以在用戶之間生成信息論安全的密鑰，而實(shí)際設(shè)備的非理想特性可能會與理論假設(shè)不符，從而被竊聽者利用。因此，對QKD系統(tǒng)的實(shí)際安全性進(jìn)行全面而深入的分析，進(jìn)而設(shè)計(jì)更完善、更安全的實(shí)際系統(tǒng)，是推進(jìn)QKD實(shí)用化的重要環(huán)節(jié)。郭光燦、韓正甫研究組在QKD系統(tǒng)的實(shí)際安全性分析及攻防技術(shù)上取得了一系列研究成果，包括發(fā)現(xiàn)探測設(shè)備的雪崩過渡區(qū)控制漏洞、提出針對探測設(shè)備控制攻擊的可變衰減防御方案、研制無需探測表征的量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器、設(shè)計(jì)消除編碼偏差的容錯增強(qiáng)協(xié)議等。
 

　　該研究組提出了通過外部注入光子操控QKD發(fā)送端核心器件的工作狀態(tài)，進(jìn)而竊取密鑰的攻擊思想。研究組提出和分析了在商用鈮酸鋰器件中較顯著的光折變效應(yīng)對QKD的影響，進(jìn)而設(shè)計(jì)和驗(yàn)證了對BB84協(xié)議QKD系統(tǒng)的攻擊方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，攻擊者僅需從外部注入3nW的誘導(dǎo)光，就能成功地實(shí)施攻擊。該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步對測量設(shè)備無關(guān)型QKD系統(tǒng)設(shè)計(jì)了發(fā)送端攻擊方案：攻擊者在測量發(fā)送端發(fā)出的所有量子態(tài)的同時，通過注入誘導(dǎo)光引發(fā)發(fā)送端鈮酸鋰調(diào)制器的光折變效應(yīng)，從而隱藏其測量行為引起的擾動。研究組利用這一方案完成了首個對運(yùn)行中的測量設(shè)備無關(guān)QKD系統(tǒng)的量子黑客攻擊實(shí)驗(yàn)，證明在不被察覺的情況下，竊聽者可以獲取幾乎全部的密鑰。針對以上安全性漏洞和攻擊方法，研究組提出了可以有效防御該漏洞的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路和技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，并驗(yàn)證了通過良好的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化的器件使用方式，可以有效提升QKD系統(tǒng)的實(shí)際安全性。
 

　　上述成果為提升QKD系統(tǒng)的實(shí)際安全性研究打開了新窗口，發(fā)掘和分析了發(fā)送端潛在漏洞及其對系統(tǒng)實(shí)際安全性帶來的威脅，提出了相應(yīng)的解決方法。該成果有助于引發(fā)領(lǐng)域研究人員對QKD實(shí)際安全性的更深入、更全面的思考，對推動QKD的實(shí)用化和標(biāo)準(zhǔn)化具有重要意義。
 

　　研究工作得到科學(xué)技術(shù)部、國家自然科學(xué)基金委員會、中國博士后科學(xué)基金會、中國科學(xué)院和安徽省的支持。
 

針對測量設(shè)備無關(guān)系統(tǒng)的量子黑客攻擊裝置