ArXiv論文研究：量子通信衛(wèi)星的QKD協(xié)議存在安全挑戰(zhàn)
據(jù)量科網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)來自ArXiv（電子預(yù)印本系統(tǒng)）的一篇論文研究，認(rèn)為量子通信衛(wèi)星“墨子號(hào)”的關(guān)鍵技術(shù)存在漏洞，從而導(dǎo)致被潛在攻擊者破解密鑰的風(fēng)險(xiǎn)。
論文作者為亞歷山大·米勒（Alexander Miller），來自新加坡國立大學(xué)物理系。論文標(biāo)題：“Micius, the world’s first quantum communication satellite, was hackable（世界首顆量子通信衛(wèi)星‘墨子號(hào)’是可攻破的）”。
論文中介紹稱，理論上，QKD協(xié)議可以在衛(wèi)星通信系統(tǒng)固有的高信道損耗情況下，實(shí)現(xiàn)基于弱相干脈沖的長距離安全量子密鑰分發(fā)。然而，眾所周知，實(shí)際的QKD設(shè)備可能因?qū)嵤┲械娜毕荻菀资艿礁鞣N類型的旁道攻擊。
亞歷山大·米勒獲取“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，“墨子號(hào)”載荷發(fā)射模塊由8個(gè)獨(dú)立激光器構(gòu)成（4種偏振態(tài)的信號(hào)光和4種偏振態(tài)的誘騙光），實(shí)測(cè)典型的時(shí)序去同步量超過100皮秒，而垂直偏振信號(hào)態(tài)脈沖與對(duì)應(yīng)誘騙態(tài)之間的時(shí)延約為300皮秒。由于每個(gè)脈沖寬度僅約200皮秒，這就意味著信號(hào)光和誘騙光在時(shí)間上高度可區(qū)分。
這種情況下，竊聽者可以利用脈沖到達(dá)時(shí)間的差異，來識(shí)別信號(hào)態(tài)或誘騙態(tài)。這打破了傳統(tǒng)誘騙態(tài)協(xié)議假設(shè)中“無法預(yù)先區(qū)分不同強(qiáng)度脈沖”的安全前提。
論文介紹了一種基于時(shí)間窗口的攻擊模型。竊聽者截獲衛(wèi)星發(fā)出的弱相干光脈沖，并在檢測(cè)端劃分兩個(gè)時(shí)間窗，一個(gè)對(duì)應(yīng)信號(hào)態(tài)，一個(gè)對(duì)應(yīng)誘騙態(tài)。根據(jù)光子觸發(fā)時(shí)刻所屬時(shí)間窗即可猜測(cè)該光子屬于哪種態(tài)，在實(shí)測(cè)約300皮秒時(shí)間錯(cuò)位條件下，這種策略可使竊聽者（采用盡可能先進(jìn)的設(shè)備）以98.7%的概率正確區(qū)分信號(hào)態(tài)與誘騙態(tài)。相應(yīng)的，區(qū)分失敗的概率，僅有1.3%。且由于任何量子通信的信道都會(huì)帶有損耗，理論上竊聽者還有進(jìn)一步降低失敗概率的可能性。
這將在實(shí)際應(yīng)用中，存在破解QKD安全性的可能。
論文最后強(qiáng)調(diào)，這項(xiàng)工作再次表明，盡管理論上證明了所用QKD協(xié)議的安全性，但量子通信采用的實(shí)際設(shè)備可能不安全。
論文地址：https://arxiv.org/pdf/2505.06532
值得注意的是，該論文發(fā)在ArXiv上，也就是還沒有經(jīng)過同行評(píng)議。
背景資料1
據(jù)此前媒體報(bào)道，量子衛(wèi)星首席科學(xué)家潘建偉院士介紹，量子通信的安全性基于量子物理基本原理，單光子的不可分割性和量子態(tài)的不可復(fù)制性保證了信息的不可竊聽和不可破解，從原理上確保身份認(rèn)證、傳輸加密以及數(shù)字簽名等的無條件安全，可從根本上、永久性解決信息安全問題。
背景資料2
預(yù)印本平臺(tái)作為一種學(xué)術(shù)交流渠道，是指學(xué)者自愿將尚未經(jīng)同行評(píng)議、未在正式出版物上發(fā)表的研究成果（預(yù)印本），提前在互聯(lián)網(wǎng)上予以發(fā)布并提供開放共享的學(xué)術(shù)交流平臺(tái)。arXiv、SSRN 的影響力最大，論文數(shù)量已達(dá)百萬級(jí)。
2021年，我國《國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》將“構(gòu)建國家科研論文和科技信息高端交流平臺(tái)”列為“強(qiáng)化國家戰(zhàn)略科技力量”的重要內(nèi)容。
