科学家论证超安全长距离量子密钥分配系统

据physorg.com网站2006年12月22日报道，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室和位于玻尔得美国国家标准与技术研究院的科学家已在一段创记录的长达107公里的光纤上论证了绝对安全量子密钥分发(QKD) 。此项研究工作向光纤远距通信能够达到空前的安全水平迈出了意义重大的一步。

由洛斯阿拉莫斯国家实验室的贝丝·洛尔德霍尔特领导的科学家小组在《物理评论快报》发表的研究报告介绍了他们是如何执行诱骗信号量子密码协议（decoy-state protocol），从而创造出对某种窃听和攻击免役的安全密钥。

《物理评论快报》研究文章的主要作者戴纳·罗斯勃格称，“从理论上讲，量子密钥分发是十分安全的，但现实当中的量子密钥分发系统依靠的是并不完美的装置，可能会造成安全漏洞的。值得注意的是大多数系统使用一种激光脉冲而不是使用一种单一的光子源。对于量子密钥分发而言，信息在单一的光子内被编成密码是非常重要的，但激光源会分发出一系列的光子数，这样可能总会有超过一个的光子存在于激光脉冲里。在面对几种可能导致密码系统失效的攻击时，系统变得很脆弱。”

这些多光子脉冲可能允许窃听者执行光子数分裂(PNS)攻击，这种复杂的攻击类型虽然现在行不通了，但它揭示了只有源自单光子的这些信号是安全的这一真相。一种阻碍光子数分裂攻击的方法是使用非常微弱的信号，但因为信号在光纤中存在损耗，这将限制信号传送的距离。

这个研究项目的另一位研究人员吉姆·哈林顿称，“在发展安全通信时，我们必然要考虑到对手的攻击行为可能会造成的最坏情况。按照惯例，使用激光脉冲的量子密钥分发在远距离上是不安全或不可实行的。通过遵守诱骗信号量子密码协议，在协议中发送人可以随意改变激光动能的标准，使用者能够有效地了解到在传送的过程中与多光子脉冲相对的单一光子究竟发生了什么。这就允许他们限制能被接收者探测到的单一光子信号的数量，然后他们可以利用这一方法构建一种真正安全的密钥。”

这种新的洛斯阿拉莫斯协议利用由国家标准与技术研究院研发的超低噪音、高功效边缘转换（transition-edge）传感光电探测器，通过执行一种三层次的的诱骗信号量子密码协议来产生一种安全密钥。这种协议与一个加拿大多伦多大学研究小组论证的协议很类似，但洛斯阿拉莫斯国家实验室利用的是一种单行道量子密钥分发系统而不是一种双向的量子密钥分发系统，这种系统对对手的操作更为敏感。这些研究人员相信他们能够使该系统超越目前的传送范围并扩展到250公里或更远的距离。除洛尔德霍尔特、罗斯勃格和哈林顿外，研究小组的成员还包括帕特·赖斯、格伦·彼得森、菲尔·赫斯科特、洛斯阿拉莫斯国家实验室的理查德·休斯、艾德里安·林塔以及国家标准与技术研究院的Sae Woo Nam。

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