面临黑客攻击风险的诱骗态量子密码及其新型方案的安全性研究

Hacking attacks seriously threaten the security of quantum cryptography practical systems，but study of hacking attacks on decoy state quantum cryptography is few. We analyze security loopholes such as the source and detector side-channels for attacking decoy state quantum cryptography, and then study on hacking attacks and their hybrid ones using various detectors, such as photon-number-resolving detectors. We also study the security of passive decoy state quantum cryptography and measurement device independent quantum cryptography using decoy state techniques. Based on these analysis of security, we design the corresponding countermeasures and improve security proofs.

黑客攻击严重威胁量子密码实际系统的安全，而针对诱骗态量子密码系统的黑客攻击研究较少。我们分析用来攻击诱骗态量子密码系统的光源和探测器侧信道等安全漏洞，在此基础上研究使用多种探测器（例如光子数可分辨探测器）的黑客攻击及其混合攻击。我们还研究被动诱骗态量子密码和使用诱骗态方法的‘测量装置无关’量子密码系统的安全性。在这些安全性分析的基础上，我们设计相应的防范措施并完善安全性证明。

量子密码实际系统的器件是不完美的，有可能造成安全漏洞，被攻击者利用。我们首先针对主动选基诱骗态BB84量子密钥分发系统中两个探测器效率曲线不匹配，研究了结合光子数量子非破坏测量的伪态攻击，给出了攻击成功所需的探测效率不匹配下限，该界限可用于评判量子密码系统实际安全性。进一步，我们用光子数可分辨探测器代替量子非破坏测量，给出了一种实际的攻击。其次，我们分析了一类实用量子密码系统（单向法拉第-迈克逊系统）的安全性，针对该系统中所用法拉第镜角度存在非完美性，构建正算子值测量来实施截取重发攻击，计算了攻击造成合法通信双方的出错率和攻击者的成功概率，并给出了包含非完美参数的安全密钥率计算。再次，我们设计了一个偏置选基的诱骗态量子密钥分发协议，相对标准诱骗态方案能够增加安全密钥率。最后，我们考虑探测器后脉冲对偏选基诱骗态量子密钥分发的影响，给出了多种统计涨落方法下的安全密钥率计算。