Экспериментальная синхронизация системы квантовой связи

DOI: 10.21293/1818-0442-2024-27-3-37-41

Скачать текст статьи в формате PDF

Скачать JATS xml

Аннотация: Рассматривается алгоритм обнаружения оптического сигнального импульса в процессе тактовой синхронизации системы квантового распределения ключей. Проведен обзор нескольких методов синхронизации аппаратуры квантовой связи и показано, что отличительные характеристики сводятся к значениям вероятности правильного обнаружения сигнального временного интервала, содержащего оптический импульс и среднему времени вхождения в синхронизм. Описана схема экспериментального стенда и приведены результаты натурных исследований автокомпенсационной системы квантового распределения ключей, которые показывают параметры энергетической модели процесса тактовой синхронизации при наличии дестабилизирующих факторов в квантовом канале. Поставлен эксперимент по внедрению в квантовый канал оптических ответвителей с атмосферным трактом. Продемонстрирована возможность отвода части оптического излучения из канала связи в процессе тактовой синхронизации, что может быть использовано злоумышленником для внесения помех в работу системы квантового распределения ключей. Описаны возможные каналы утечки данных в общей структуре квантово-криптографических сетей.

Ключевые слова: квантовые коммуникации, квантовый ключ, фотонный импульс, вероятность обнаружения, доверенные узлы

Библиография статьи:
Плёнкин А. П. Экспериментальная синхронизация системы квантовой связи / А. П. Плёнкин // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2024. – Т. 27, № 3. – С. 37–41. DOI: 10.21293/1818-0442-2024-27-3-37-41

Авторы и правообладатели:

  • Плёнкин А. П. , Южный федеральный университет (Таганрог, Россия)

  • 1. Quantum cryptography / N. Gisin, G. Ribordy, W. Tittel, H. Zbinden // Reviews of Modern Physics. – 2002. – Vol. 74, No. 1. – P. 145−195.
  • 2. Bennett C.H. Quantum Cryptography / C.H. Bennett, G. Brassard, A.K. Ekert // Scientific American. – No. 267 (4). – P. 50–57.
  • 3. Кулик С.П. Квантовая криптография // Фотоника. – 2010. – № 2. – С. 36–41.
  • 4. Shannon C.E. Communication theory of secrecy systems // The Bell System Technical Journal. – 1949. – Vol. 28, No. 4. – P. 656–715.
  • 5. Vernam G.S. Cipher printing telegraph systems: For secret wire and radio telegraphic communications // Journal of the AIEE. – 1926. – Vol. 45 (2). – P. 109–115.
  • 6. Deng F.G. Secure direct communication with a quantum one-time pad / F.G. Deng, G.L. Long // Physical Review. – 2004. – Vol. A. 69 (5). – P. 052319.
  • 7. Деев А.Д. Квантовые коммуникации через атмосферные (космические) каналы связи / А.Д. Деев, А.А. Калинкин, С.П. Кулик // Интернет изнутри. – 2024. – № 20. – С. 43–47.
  • 8. Зякин Е.В. Перспективные протоколы КРК для оптической связи в свободном пространстве / Е.В. Зякин, А.В. Молоканов, К.М. Чуриков // Новые технологии. Наука, техника, педагогика. – 2024. – С. 141–148.
  • 9. Zhao Y. Quantum hacking: Experimental demonstration of time-shift attack against practical quantum-key-distribution systems / Y. Zhao, C.H.F. Fung, B. Qi, C. Chen, H.K. Lo // Phys. Rev. – 2008. – Vol. A 78 (4). – P. 042333.
  • 10. Chen Y.A. An integrated space-to-ground quantum communication network over 4,600 kilometres // Nature. – 2021. – Vol. 589, No. 7841. – P. 214–219.
  • 11. Beals T.R. Distributed relay protocol for probabilistic information-theoretic security in a randomly-compromised network / T.R. Beals, B.C. Sanders // Information Theoretic Security: Third International Conference ICITS 2008. – Canada, Calgary, 2008. – P. 29–39.
  • 12. Dianati M. Architecture of the Secoqc quantum key distribution network / M. Dianati, R. Alleaume // First International Conference on Quantum, Nano, and Micro Technologies (ICQNM'07). – IEEE. – 2007. – P. 13.
  • 13. Barnett S.M. Securing a quantum key distribution relay network using secret sharing / S.M. Barnett, S.J.D. Phoenix // Conference and Exhibition (GCC). – IEEE. – 2011. – P. 143–145.
  • 14. Румянцев К.Е. Вероятностные характеристики алгоритма обнаружения синхросигналов на основе выбора смежной пары сегментов с максимальным суммарным отсчётом / К.Е. Румянцев, П.Д. Миронова // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2023. – № 3 (233). – С. 96–107.
  • 15. Миронова П.Д. Алгоритм обнаружения синхросигналов на основе выбора смежной пары сегментов с максимальным суммарным отсчётом // Фундаментальные и прикладные аспекты компьютерных технологий и информационной безопасности: Сборник статей Всерос. науч.-техн. конф. – Таганрог: ЮФУ, 2023. – P. 52–53.
  • 16. Pljonkin A. Synchronization in quantum key distribution systems / A. Pljonkin, K. Rumyantsev, P.K. Singh // Cryptography. – 2017. – No. 1. – P. 18.
  • 17. Румянцев К.Е. Синхронизация системы квантового распределения ключа при использовании фотонных импульсов для повышения защищённости / К.Е. Румянцев, А.П. Плёнкин // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2014. – № 8. – С. 81–96.
  • 18. Lin D. High performance frame synchronization for continuous variable quantum key distribution systems // Optics Express. – 2015. – Vol. 23, No. 17. – P. 22190–22198.
  • 19. Nonclassical attack on a quantum key distribution system / A. Pljonkin, D. Petrov, L. Sabantina, K. Dakhkilgova // Entropy. – 2021. – Vol. 23, No. 5.
  • 20. Сабанов А. Г. Идентификация и аутентификация в цифровом мире / А.Г. Сабанов, А.А. Шелупанов. – М.: Горячая Линия – Телеком. – 2022.
  • 21. Пат. 2667755 РФ, МПК H04L9/08. Система релятивистской квантовой криптографии / Кравцов К.С. и др. (РФ). – № 2017117184; заявл. 05.17.2017; опубл. 24.09.2024.
  • 22. Кулик С.П. Комбинированный фазово-временной метод кодирования в квантовой криптографии / С.П. Кулик, С.Н. Молотков, А.П. Маккавеев // Письма в журнал экспериментальной и теоретической физики. – 2007. – Т. 85, № 5-6. – С. 354–359.
  • 23. Шурупов А.П. Квантовое распределение ключа на бифотонах-куквартах с проверочными состояниями / А.П. Шурупов, С.П. Кулик // Письма в журнал экспериментальной и теоретической физики. – 2008. – Т. 88, № 9-10. – С. 729–733.
Адрес редакции

  634050, г. Томск, пр. Ленина, 40, МК, каб. 310/2

  (3822) 701-582, внутр.: 1456

  journal@tusur.ru