摘要：本文主要介紹了量子保密通信技術(shù)在廣電網(wǎng)絡(luò)平臺的商業(yè)應(yīng)用的測試方法，通過成碼率測試、加解密功能測試和網(wǎng)關(guān)設(shè)備對網(wǎng)絡(luò)時延影響等三方面構(gòu)建測試系統(tǒng)，測試結(jié)果表明目前該項技術(shù)的商用模型可以通過有線電視網(wǎng)絡(luò)為直播信號的數(shù)據(jù)傳輸提供量子安全級別的加密。

　　關(guān)鍵詞：量子保密通信;測試;有線電視網(wǎng)絡(luò);量子安全級別

　　1引言

　　最近幾年，歐美等國陸續(xù)啟動了量子科技的行動計劃。2020年年初，美國白宮發(fā)布了《美國量子網(wǎng)絡(luò)倡議構(gòu)想》，該構(gòu)想中表明了美國即將開展量子互聯(lián)網(wǎng)來普及量子信息科學(xué)，并為后續(xù)量子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬而謀篇布局。可以預(yù)見，量子保密技術(shù)的時代即將到來，屆時將遍及經(jīng)濟安全、信息安全和國家安全等方方面面。基于量子密鑰分配的量子保密通信是未來提升信息安全防護能力的有效解決方案之一，開展量子密鑰分發(fā)設(shè)備的關(guān)鍵器件和模塊指標(biāo)檢測、分析關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)，能夠為量子密鑰分發(fā)設(shè)備器件和模塊的標(biāo)準(zhǔn)化凝聚共識，為產(chǎn)業(yè)鏈培育和發(fā)展奠定基礎(chǔ)，具有重要意義。

　　2測試設(shè)計與結(jié)果

　　本文主要聚焦已經(jīng)實現(xiàn)商用的光纖傳輸GG02協(xié)議量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)在現(xiàn)有廣電網(wǎng)絡(luò)的使用情況，并設(shè)計了測試方案，主要包括三部分測試內(nèi)容，分別為成碼率測試、加解密功能測試和網(wǎng)關(guān)設(shè)備對網(wǎng)絡(luò)時延的影響。

　　2.1成碼率測試

　　(1)檢測目的成碼率是指QDK設(shè)備的密鑰成碼率，它是衡量QKD系統(tǒng)性能的最重要指標(biāo)，因此需要對其進行檢測，以判斷QKD系統(tǒng)的實際性能。(2)檢測內(nèi)容主要檢測QKD系統(tǒng)的密鑰生成速率。(3)檢測儀器和軟件需用電腦檢測儀器和軟件。(4)檢測環(huán)境組網(wǎng)方式如圖1所示。(5)檢測方法首先如圖1測試配置所示，完成系統(tǒng)的搭建;其次使用QKD網(wǎng)管軟件連接QKD設(shè)備;最后通過網(wǎng)管軟件采集密鑰率、誤幀率、傳輸系數(shù)、散粒噪聲方差、過噪聲、協(xié)商效率等參數(shù)來分析協(xié)議運行狀態(tài)。其中，密鑰率指QKD系統(tǒng)分發(fā)的安全密鑰率;誤幀率指密鑰協(xié)商之后出現(xiàn)譯碼錯誤的幀數(shù)與用于密鑰協(xié)商的總幀數(shù)的比值;傳輸系數(shù)指量子信號透過介質(zhì)的能力;散粒噪聲方差指來源于光量子漲落的噪聲;過噪聲指鏈路中竊聽者引入的噪聲與設(shè)備中不可信噪聲的總和;協(xié)商效率指能夠從信道容量提取到密鑰信息與信道容量的比值。(6)檢測結(jié)果判定參數(shù)檢測結(jié)果判定參數(shù)以能實時輸出密鑰為準(zhǔn)。(7)通過標(biāo)準(zhǔn)如圖2所示，密鑰率隨著時間的推移發(fā)生變化，表明系統(tǒng)隨著系統(tǒng)工作環(huán)境的變化密鑰率也發(fā)生變化;過噪聲的變化控制在10-2量級，滿足了量子保密通信需求;量子通信系統(tǒng)的散粒噪聲曲線穩(wěn)定，說明系統(tǒng)工作狀態(tài)穩(wěn)定;此外，量子通信系統(tǒng)的誤幀率控制在50%以下，后處理密鑰協(xié)商效率穩(wěn)定工作在96%以上，保證實現(xiàn)了高效穩(wěn)定成碼率的量子通信系統(tǒng)。

　　2.2加解密功能測試

　　(1)檢測目的主要驗證加解密設(shè)備是否能按要求對規(guī)定業(yè)務(wù)進行加解密。(2)檢測內(nèi)容通過抓包抓取加密報文和解密報文進行對比，驗證加解密功能。(3)檢測儀器和軟件所用檢測儀器和軟件為PC、帶有鏡像功能的交換機。(4)檢測環(huán)境組網(wǎng)方式如圖3所示。(5)檢測方法首先按圖3所示完成系統(tǒng)搭建，并確認(rèn)網(wǎng)關(guān)加解密功能;其次分別在PC1處和PC2處抓取加密報文和解密報文;最后對加密報文和解密報文進行對比。(6)檢測結(jié)果判定參數(shù)檢測結(jié)果判定參數(shù)以加密報文是否已對數(shù)據(jù)進行加密處理為準(zhǔn)。(7)通過標(biāo)準(zhǔn)加密報文如圖4所示，解密報文如圖5所示。其中，明文數(shù)據(jù)包抓包里顯示了包協(xié)議、長度、端口、明文內(nèi)容等信息;密文數(shù)據(jù)包抓包里沒有明文數(shù)據(jù)包里的相關(guān)信息顯示，內(nèi)容也不相同。

　　2.3網(wǎng)關(guān)設(shè)備對網(wǎng)絡(luò)時延的影響

　　(1)檢測目的主要驗證機密網(wǎng)關(guān)對現(xiàn)有業(yè)務(wù)的圖2圖3加解密功能測試時延影響。(2)檢測內(nèi)容檢測網(wǎng)關(guān)增加的時延。(3)檢測儀器和軟件需用電腦檢測儀器和軟件。(4)檢測環(huán)境組網(wǎng)方式如圖6所示。(5)檢測方法首先通過抓包的方式檢測出未加入加密網(wǎng)關(guān)時的網(wǎng)絡(luò)時延;然后再通過抓包的方式檢測出加入加密網(wǎng)關(guān)并開啟加密功能時的網(wǎng)絡(luò)時延。(6)檢測結(jié)果對比鎮(zhèn)江報文和南京報文，可以得出透傳時延為-0.036925;加密時延為-0.033765;增加時延為3.1ms。其中，透傳時延和加密時延由于交換機鏡像功能需要造成額外的時延，所以計算出的結(jié)果不代表網(wǎng)絡(luò)時延。另外，由于南京機房和鎮(zhèn)江機房設(shè)備時間不同步，所以時延計算結(jié)果為負值，但是本次測試目的為驗證加密功能對網(wǎng)絡(luò)時延的影響，所以計算結(jié)果為負值不影響測試結(jié)果。

　　3結(jié)論

　　目前已經(jīng)完成了連續(xù)變量量子加密通信(CV-QKD)系統(tǒng)在廣電網(wǎng)絡(luò)平臺上的測試，測試結(jié)果表明量子加密信道可通過廣電網(wǎng)絡(luò)為直播信號的數(shù)據(jù)傳輸提供量子安全級別的加密，且相互之間串?dāng)_較小，不影響各自的業(yè)務(wù)通信及量子安全密鑰生成。

　　參考文獻

　　[1]李承祖.量子通信與量子計算[M].長沙:國防科技大學(xué)出版社,2000.

　　[2]張權(quán),唐朝京,張森強.B92量子密鑰分配協(xié)議的變形及其無條件安全性證明[J].物理學(xué)報,2002,(7):1439-1447.

　　作者：申婷婷

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