电力光纤专网量子密钥分配系统实际安全性分析

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1、船稳国中文核心期刊电力光纤专网量子密钥分配系统实际安全性分析雷煜卿1，周静-，邢宁哲z(1．中国电力科学研究院。北京100192；2．国网冀北电力有限公司通信管理中心，北京100190)摘要：结合现有主要攻击方法，从非理想光源、非理想编解码模块和非理想探测器三个方面分析了该量子密钥分配系统的实际安全性，同时提出了四相位调制、接收单元和探测器改造等增强实际安全性的具体要求。关键词：电力架空光缆；量子密钥分配；实际安全性；Faraday-Michelson干涉环中图分类号：0437；TN929，1I文献标识码：A文章编号：100

2、2—5561(2014)06—0042—04PracticalsecurityanalysisofthequantumkeydistributionsystemoverelectricpoweropticalfiberprivatenetworkLEIYu—qing1，ZHOUJing1，XINGNing-zhe2(1．ChinaElectricPowerResearchInstitute，HaidianDistrict，Beijing100192，China；2．CommunicationManagementCentero

3、fStateGridJibeiElectricPowerLimitedCompany，Beijing100190，China)Abstract：Combingwithexistingmainattackingmethods，thepaperanalyzedthepracticalsecurityoftheFara-day-MichelsonQKDsysteminthreeways—nonidealsources，nonidealencodinganddecodingmodules，andnonidealdetectors．S

4、pecificrequirements，suchasfour-phasedemodulation，reformofthereceiverunitandde—tectors，wereproposedtoimproveitspracticalsecurity．Keywords：electricaerialopticalcable；quantumkeydistribution；practicalsecuri够；Faraday-Michelsoninter-ferometer0引言量子密钥分配技术解决了信息安全中密钥分配的难题，受到

5、国际社会的广泛关注。窍1984年Bennet￡和Brassard提出第一个量子密钥分配协议BB84协议以来．经过近30年的发展．量子密钥分配技术已经从实验室研究走向实际的应用．例如“量子政务网”首次实现了量子密钥分配与电子政务应用的紧密结合【1】。随着电力信息化的发展．电网各部分之间的数据交互越来越频繁．电力系统的通信安全闷题与电力安全生产越来越密不可分。虽然电力行业内已经建立了一套较为完备的网络与信息安全防御体系．但其在基础支撑技术及应对未来发展方面仍存在一定的局限性。鉴于电力系统通信的特殊需求．量子密钥分配技术将可能成为

6、提升电力系统通信安全的极佳选择【2】。在电力光纤专网中进行量子密钥分配．稳定性和收稿日期：2013—12—06。基金项目：国家电网公司纵向科技基金项目(xx71—13—004)资助。作者简介：雷煜卿(t975一)，男，硕士，主要研究方向为电力系统通信和电网物联网技术。◎坨氢嚣筏书2014年第6期安全性是两个重要的评估因素．稳定是基本要求．安全是核心价值。电力光纤专网中的量子密钥分配系统将面临开放复杂的电力架空环境．为实现稳定的密钥分配。在其系统方案选择方面具有其特殊的要求。本文针对电力光纤专网中特定的量子密钥分配系统．基于现

7、有的主要量子密钥分配攻击方法．分析其实际系统安全性。lf电力环境下量子密钥分配系统将量子密钥分配技术应用于电力系统通信．需要选择具有一定成熟度的量子密钥方案。BB84类量子密钥分配协议是目前研究最广泛和深入的一类方案．目前商用的量子密钥产品多是基于该类协议的。出于实用性和成熟度两方面的考虑．本文中电力光纤专网量子密钥分配方案集中在单光子BB84协议方面。执行单光子BB84协议的量子密钥分配系统主要有两类。一类采用的是偏振编码．一类采用的是相位编码。电力光纤专网中的量子密钥分配系统将面临开骀值圃放复杂的电力架空环境．电力架空光

8、缆会受到温度变化、风、雨和雪等多种作用，这些作用会导致光缆非本征双折射的快速变化．特别是舞动和风振，舞动的振幅较大．而风振频率可达百赫兹。电力架空光缆非本征双折射的快速变化会使得在其中传输量子信号偏振态的快速变化．而目前量子密钥分配系统中偏振补偿模块的工作时间多在分钟量级。这将直接导致常规