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量子保密通信技术在有线电视网络的应用测试

所属栏目:通信论文 发布日期:2021-04-13 10:22 热度:

   摘要:本文主要介绍了量子保密通信技术在广电网络平台的商业应用的测试方法,通过成码率测试、加解密功能测试和网关设备对网络时延影响等三方面构建测试系统,测试结果表明目前该项技术的商用模型可以通过有线电视网络为直播信号的数据传输提供量子安全级别的加密。

量子保密通信技术在有线电视网络的应用测试

  关键词:量子保密通信;测试;有线电视网络;量子安全级别

  1引言

  最近几年,欧美等国陆续启动了量子科技的行动计划。2020年年初,美国白宫发布了《美国量子网络战略构想》,该构想中表明了美国即将开展量子互联网来普及量子信息科学,并为后续量子技术应用领域的不断拓宽而谋篇布局。可以预见,量子保密技术的时代即将到来,届时将遍及经济安全、信息安全和国家安全等方方面面。基于量子密钥分配的量子保密通信是未来提升信息安全防护能力的有效解决方案之一,开展量子密钥分发设备的关键器件和模块指标检测、分析关键指标参数,能够为量子密钥分发设备器件和模块的标准化凝聚共识,为产业链培育和发展奠定基础,具有重要意义。

  2测试设计与结果

  本文主要聚焦已经实现商用的光纤传输GG02协议量子密钥分发系统在现有广电网络的使用情况,并设计了测试方案,主要包括三部分测试内容,分别为成码率测试、加解密功能测试和网关设备对网络时延的影响。

  2.1成码率测试

  (1)检测目的成码率是指QDK设备的密钥成码率,它是衡量QKD系统性能的最重要指标,因此需要对其进行检测,以判断QKD系统的实际性能。(2)检测内容主要检测QKD系统的密钥生成速率。(3)检测仪器和软件需用电脑检测仪器和软件。(4)检测环境组网方式如图1所示。(5)检测方法首先如图1测试配置所示,完成系统的搭建;其次使用QKD网管软件连接QKD设备;最后通过网管软件采集密钥率、误帧率、传输系数、散粒噪声方差、过噪声、协商效率等参数来分析协议运行状态。其中,密钥率指QKD系统分发的安全密钥率;误帧率指密钥协商之后出现译码错误的帧数与用于密钥协商的总帧数的比值;传输系数指量子信号透过介质的能力;散粒噪声方差指来源于光量子涨落的噪声;过噪声指链路中窃听者引入的噪声与设备中不可信噪声的总和;协商效率指能够从信道容量提取到密钥信息与信道容量的比值。(6)检测结果判定参数检测结果判定参数以能实时输出密钥为准。(7)通过标准如图2所示,密钥率随着时间的推移发生变化,表明系统随着系统工作环境的变化密钥率也发生变化;过噪声的变化控制在10-2量级,满足了量子保密通信需求;量子通信系统的散粒噪声曲线稳定,说明系统工作状态稳定;此外,量子通信系统的误帧率控制在50%以下,后处理密钥协商效率稳定工作在96%以上,保证实现了高效稳定成码率的量子通信系统。

  2.2加解密功能测试

  (1)检测目的主要验证加解密设备是否能按要求对规定业务进行加解密。(2)检测内容通过抓包抓取加密报文和解密报文进行对比,验证加解密功能。(3)检测仪器和软件所用检测仪器和软件为PC、带有镜像功能的交换机。(4)检测环境组网方式如图3所示。(5)检测方法首先按图3所示完成系统搭建,并确认网关加解密功能;其次分别在PC1处和PC2处抓取加密报文和解密报文;最后对加密报文和解密报文进行对比。(6)检测结果判定参数检测结果判定参数以加密报文是否已对数据进行加密处理为准。(7)通过标准加密报文如图4所示,解密报文如图5所示。其中,明文数据包抓包里显示了包协议、长度、端口、明文内容等信息;密文数据包抓包里没有明文数据包里的相关信息显示,内容也不相同。

  2.3网关设备对网络时延的影响

  (1)检测目的主要验证机密网关对现有业务的图2图3加解密功能测试时延影响。(2)检测内容检测网关增加的时延。(3)检测仪器和软件需用电脑检测仪器和软件。(4)检测环境组网方式如图6所示。(5)检测方法首先通过抓包的方式检测出未加入加密网关时的网络时延;然后再通过抓包的方式检测出加入加密网关并开启加密功能时的网络时延。(6)检测结果对比镇江报文和南京报文,可以得出透传时延为-0.036925;加密时延为-0.033765;增加时延为3.1ms。其中,透传时延和加密时延由于交换机镜像功能需要造成额外的时延,所以计算出的结果不代表网络时延。另外,由于南京机房和镇江机房设备时间不同步,所以时延计算结果为负值,但是本次测试目的为验证加密功能对网络时延的影响,所以计算结果为负值不影响测试结果。

  3结论

  目前已经完成了连续变量量子加密通信(CV-QKD)系统在广电网络平台上的测试,测试结果表明量子加密信道可通过广电网络为直播信号的数据传输提供量子安全级别的加密,且相互之间串扰较小,不影响各自的业务通信及量子安全密钥生成。

  参考文献

  [1]李承祖.量子通信与量子计算[M].长沙:国防科技大学出版社,2000.

  [2]张权,唐朝京,张森强.B92量子密钥分配协议的变形及其无条件安全性证明[J].物理学报,2002,(7):1439-1447.

  作者:申婷婷

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文章标题:量子保密通信技术在有线电视网络的应用测试

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