正交相移键控量子噪声随机加密系统的安全性研究

发布时间：2024-02-15 01:26

　　以保密容量为评价指标,定量分析了正交相移键控(QPSK)量子噪声随机加密(QNRC)系统的物理层安全性。分别建立了密钥和数据窃听信道模型,推导了密钥保密容量及数据保密容量的表达式,并得到了系统的最大可达安全速率。评估了关键系统参数(进制数、内部光放大器增益、介观相干态功率)对QPSK-QNRC系统密钥及数据安全性的影响,并在同一框架下与相移键控(PSK)-QNRC系统进行了比较。结果表明,关键系统参数对两个系统安全性的影响规律一致,相比PSK-QNRC系统,QPSK-QNRC系统的密钥安全性和最大可达安全速率较高,数据安全性略低,且介观功率水平较强。同时发现,PSK-QNRC系统的最大可达安全速率主要受限于密钥的安全性,而QPSK-QNRC系统的最大可达安全速率主要受限于数据的安全性。

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【部分图文】：

图1QPSK-QNRC系统模型

QPSK-QNRC系统的模型如图1所示，其中，合法通信双方Alice和Bob共享长度为T的种子密钥K(T）。通过密钥扩展函数（ENC），种子密钥K(T）被扩展成长度为N的密钥U(N),U(N）可被分为n个子密钥，即U(N)=(u1,u2，…，un）。每个子密钥ug,g=1,2，…....

图2加密编码星座图。（a)PSK-QNRC;(b)QPSK-QNRC

式中，α为介观信号的幅度，|〉为介观态。若密文mi为32进制，则|φ（mi）〉的加密编码星座图如图2所示，其中，PSK-QNRC系统中的w为2进制数据，v为16进制密钥；QPSK-QNRC系统中的x为4进制数据，u为8进制密钥。密钥可用来确定基态，密钥相同，则表示密文处于同组基态....

图3保密容量随进制数M的变化曲线。（a)CSu0;(b)CSx0

当介观相干态功率PS0=-40dBm，内部光放大器增益G0=30dB，窃听比例r=1时，得到PSK-QNRC、QPSK-QNRC系统的密钥归一化保密容量CSu0随进制数M的变化，如图3(a）所示。PS0=-40dBm,G0=30dB，传输距离LB=500km，信号通过率t=1时，....

图4保密容量随内部光放大器增益的变化曲线。（a)CSu0;(b)CSx0

图4(a）为QPSK-QNRC和PSK-QNRC系统中G0对密钥归一化保密容量CSu0的影响，其中，PS0=-40dBm,M=32，窃听比例r={0.01,1}。可以发现，当窃听比例r为1时，CSu0随G0的增大而增大；当窃听比例为0.01时，CSu0随G0的增大而减小。当增益超....

本文编号：3898955