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(tái)的商業(yè)應(yīng)用的測(cè)試方法，通過(guò)成碼率測(cè)試、加解密功能測(cè)試和網(wǎng)關(guān)設(shè)備對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延影響等三方面構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試結(jié)果表明目前該項(xiàng)技術(shù)的商用模型可以通過(guò)有線電視網(wǎng)絡(luò)為直播信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸提供量子安全級(jí)別的加密。

　　關(guān)鍵詞：量子保密通信;測(cè)試;有線電視網(wǎng)絡(luò);量子安全級(jí)別

　　1引言

　　最近幾年，歐美等國(guó)陸續(xù)啟動(dòng)了量子科技的行動(dòng)計(jì)劃。2020年年初，美國(guó)白宮發(fā)布了《美國(guó)量子網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略構(gòu)想》，該構(gòu)想中表明了美國(guó)即將開(kāi)展量子互聯(lián)網(wǎng)來(lái)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(jiàn)，量子保密技術(shù)的時(shí)代即將到來(lái)，屆時(shí)將遍及經(jīng)濟(jì)安全、信息安全和國(guó)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(lái)提升信息安全防護(hù)能力的有效解決方案之一，開(kāi)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(cè)、分析關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)，能夠?yàn)榱孔用荑�分發(fā)設(shè)備器件和模塊的標(biāo)準(zhǔn)化凝聚共識(shí)，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(cè)試設(shè)計(jì)與結(jié)果

　　本文主要聚焦已經(jīng)實(shí)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(jì)了測(cè)試方案，主要包括三部分測(cè)試內(nèi)容，分別為成碼率測(cè)試、加解密功能測(cè)試和網(wǎng)關(guān)設(shè)備對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的影響。

　　2.1成碼率測(cè)試

　　(1)檢測(cè)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(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，以判斷QKD系統(tǒng)的實(shí)際性能。(2)檢測(cè)內(nèi)容主要檢測(cè)QKD系統(tǒng)的密鑰生成速率。(3)檢測(cè)儀器和軟件需用電腦檢測(cè)儀器和軟件。(4)檢測(cè)環(huán)境組網(wǎng)方式如圖1所示。(5)檢測(cè)方法首先如圖1測(cè)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(guò)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(guò)噪聲、協(xié)商效率等參數(shù)來(lái)分析協(xié)議運(yùn)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(cuò)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(hào)透過(guò)介質(zhì)的能力;散粒噪聲方差指來(lái)源于光量子漲落的噪聲;過(guò)噪聲指鏈路中竊聽(tīng)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(cè)結(jié)果判定參數(shù)檢測(cè)結(jié)果判定參數(shù)以能實(shí)時(shí)輸出密鑰為準(zhǔn)。(7)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)如圖2所示，密鑰率隨著時(shí)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(guò)噪聲的變化控制在10-2量級(jí)，滿(mǎn)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(shuō)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(shí)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(cè)試

　　(1)檢測(cè)目的主要驗(yàn)證加解密設(shè)備是否能按要求對(duì)規(guī)定業(yè)務(wù)進(jìn)行加解密。(2)檢測(cè)內(nèi)容通過(guò)抓包抓取加密報(bào)文和解密報(bào)文進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證加解密功能。(3)檢測(cè)儀器和軟件所用檢測(cè)儀器和軟件為PC、帶有鏡像功能的交換機(jī)。(4)檢測(cè)環(huán)境組網(wǎng)方式如圖3所示。(5)檢測(cè)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(bào)文和解密報(bào)文;最后對(duì)加密報(bào)文和解密報(bào)文進(jìn)行對(duì)比。(6)檢測(cè)結(jié)果判定參數(shù)檢測(cè)結(jié)果判定參數(shù)以加密報(bào)文是否已對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理為準(zhǔn)。(7)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)加密報(bào)文如圖4所示，解密報(bào)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(zhǎng)度、端口、明文內(nèi)容等信息;密文數(shù)據(jù)包抓包里沒(méi)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(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的影響

　　(1)檢測(cè)目的主要驗(yàn)證機(jī)密網(wǎng)關(guān)對(duì)現(xiàn)有業(yè)務(wù)的圖2圖3加解密功能測(cè)試時(shí)延影響。(2)檢測(cè)內(nèi)容檢測(cè)網(wǎng)關(guān)增加的時(shí)延。(3)檢測(cè)儀器和軟件需用電腦檢測(cè)儀器和軟件。(4)檢測(cè)環(huán)境組網(wǎng)方式如圖6所示。(5)檢測(cè)方法首先通過(guò)抓包的方式檢測(cè)出未加入加密網(wǎng)關(guān)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延;然后再通過(guò)抓包的方式檢測(cè)出加入加密網(wǎng)關(guān)并開(kāi)啟加密功能時(shí)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。(6)檢測(cè)結(jié)果對(duì)比鎮(zhèn)江報(bào)文和南京報(bào)文，可以得出透?jìng)鲿r(shí)延為-0.036925;加密時(shí)延為-0.033765;增加時(shí)延為3.1ms。其中，透?jìng)鲿r(shí)延和加密時(shí)延由于交換機(jī)鏡像功能需要造成額外的時(shí)延，所以計(jì)算出的結(jié)果不代表網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。另外，由于南京機(jī)房和鎮(zhèn)江機(jī)房設(shè)備時(shí)間不同步，所以時(shí)延計(jì)算結(jié)果為負(fù)值，但是本次測(cè)試目的為驗(yàn)證加密功能對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的影響，所以計(jì)算結(jié)果為負(fù)值不影響測(cè)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(tái)上的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明量子加密信道可通過(guò)廣電網(wǎng)絡(luò)為直播信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸提供量子安全級(jí)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(xiàn)

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　　作者：申婷婷

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