近期，我校通信與信息工程學(xué)院量子信息技術(shù)研究所的王琴教授團(tuán)隊(duì)在人工智能賦能量子保密通信系統(tǒng)方向取得重要研究進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)輔助的QKD系統(tǒng)缺陷故障和黑客攻擊的檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)QKD系統(tǒng)缺陷故障和黑客攻擊的一體化實(shí)時(shí)檢測(cè)，并且準(zhǔn)確率高達(dá)98%。當(dāng)判斷出QKD 系統(tǒng)中器件存在的缺陷故障或黑客攻擊之后，該方法還能夠主動(dòng)反饋出存在缺陷故障的器件位置、誤差大小，以及黑客攻擊概率等具體指標(biāo)，從而指導(dǎo)合法用戶(hù)有效防范系統(tǒng)的器件故障和竊聽(tīng)者的攻擊，進(jìn)而保障QKD系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)安全性。該工作近期發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊SCIENCE CHINA Information Sciences上，該期刊最新影響因子7.3，JCR Q1區(qū)，是中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)（CAA）推薦A+類(lèi)期刊，中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)（CCF）、中國(guó)通信學(xué)會(huì)（CIC）推薦A類(lèi)期刊。該論文的第一作者為通信與信息工程學(xué)院二年級(jí)博士生徐佳歆，通信作者為通信與信息工程學(xué)院量子信息技術(shù)研究所的王琴教授、周星宇老師和河南省量子信息與量子密碼重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的李宏偉教授。
量子密鑰分發(fā)(QKD)是量子保密通信的核心，其安全性建立在量子力學(xué)基本原理之上，原則上能夠?yàn)檫h(yuǎn)程通信用戶(hù)提供無(wú)條件安全的密鑰。然而,由于實(shí)際QKD設(shè)備存在缺陷或誤差，竊聽(tīng)者可能利用這些缺陷或誤差展開(kāi)展黑客攻擊，從而威脅量子密碼系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)安全性。此外，由于QKD系統(tǒng)的器件組成復(fù)雜，竊聽(tīng)者可能利用多種器件的安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)獲取密鑰信息，且不同的器件運(yùn)行時(shí)都有可能產(chǎn)生故障或誤差?，F(xiàn)有QKD系統(tǒng)測(cè)評(píng)方案大多要求在進(jìn)行密鑰傳輸之前或之后對(duì)所有器件逐一做檢測(cè)和標(biāo)定，不僅需要消耗大量的人力、物力，而且會(huì)降低QKD的傳輸效率和實(shí)用性。因此，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)QKD設(shè)備缺陷和黑客攻擊的實(shí)時(shí)檢測(cè)是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。
該工作以相位編碼的BB84-QKD系統(tǒng)為例，對(duì)所提出的模型與方法進(jìn)行了驗(yàn)證和討論，所涉及的主要器件包括：強(qiáng)度調(diào)制器（IM）、相位調(diào)制器（PM）和單光子探測(cè)器（Det）等，這些器件存在缺陷可能導(dǎo)致密鑰傳輸過(guò)程中產(chǎn)生一系列誤差和黑客攻擊，主要包括：光源強(qiáng)度起伏、量子態(tài)制備誤差、探測(cè)器探測(cè)效率不匹配，以及探測(cè)器死時(shí)間和后脈沖效應(yīng)，攔截重發(fā)攻擊等。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果顯示：本文提出的方法具有節(jié)省時(shí)間資源，成本低等優(yōu)點(diǎn)；最重要的是, 與現(xiàn)有QKD系統(tǒng)安全測(cè)評(píng)方法相比，本方法不需要中斷密鑰傳輸。因此, 本文工作是一種高效和實(shí)用的方法，能夠?yàn)镼KD系統(tǒng)安全性測(cè)評(píng)提供一種新的解決方案，從而為未來(lái)量子保密通信網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
QKD系統(tǒng)一體化檢測(cè)示意圖
此項(xiàng)工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、江蘇省前沿引領(lǐng)計(jì)劃，以及江蘇省研究生科研實(shí)踐創(chuàng)新等項(xiàng)目的支持。
（撰稿：王琴 初審：戴修斌 編輯：王存宏 審核：張豐）