摘要：本文主要介紹了量子保密通信技術在廣電網絡平臺的商業應用的測試方法，通過成碼率測試、加解密功能測試和網關設備對網絡時延影響等三方面構建測試系統，測試結果表明目前該項技術的商用模型可以通過有線電視網絡為直播信號的數據傳輸提供量子安全級別的加密。

　　關鍵詞：量子保密通信;測試;有線電視網絡;量子安全級別

　　1引言

　　最近幾年，歐美等國陸續啟動了量子科技的行動計劃。2020年年初，美國白宮發布了《美國量子網絡戰略構想》，該構想中表明了美國即將開展量子互聯網來普及量子信息科學，并為后續量子技術應用領域的不斷拓寬而謀篇布局。可以預見，量子保密技術的時代即將到來，屆時將遍及經濟安全、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，開展量子密鑰分發設備的關鍵器件和模塊指標檢測、分析關鍵指標參數，能夠為量子密鑰分發設備器件和模塊的標準化凝聚共識，為產業鏈培育和發展奠定基礎，具有重要意義。

　　2測試設計與結果

　　本文主要聚焦已經實現商用的光纖傳輸GG02協議量子密鑰分發系統在現有廣電網絡的使用情況，并設計了測試方案，主要包括三部分測試內容，分別為成碼率測試、加解密功能測試和網關設備對網絡時延的影響。

　　2.1成碼率測試

　　(1)檢測目的成碼率是指QDK設備的密鑰成碼率，它是衡量QKD系統性能的最重要指標，因此需要對其進行檢測，以判斷QKD系統的實際性能。(2)檢測內容主要檢測QKD系統的密鑰生成速率。(3)檢測儀器和軟件需用電腦檢測儀器和軟件。(4)檢測環境組網方式如圖1所示。(5)檢測方法首先如圖1測試配置所示，完成系統的搭建;其次使用QKD網管軟件連接QKD設備;最后通過網管軟件采集密鑰率、誤幀率、傳輸系數、散粒噪聲方差、過噪聲、協商效率等參數來分析協議運行狀態。其中，密鑰率指QKD系統分發的安全密鑰率;誤幀率指密鑰協商之后出現譯碼錯誤的幀數與用于密鑰協商的總幀數的比值;傳輸系數指量子信號透過介質的能力;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備中不可信噪聲的總和;協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)檢測結果判定參數檢測結果判定參數以能實時輸出密鑰為準。(7)通過標準如圖2所示，密鑰率隨著時間的推移發生變化，表明系統隨著系統工作環境的變化密鑰率也發生變化;過噪聲的變化控制在10-2量級，滿足了量子保密通信需求;量子通信系統的散粒噪聲曲線穩定，說明系統工作狀態穩定;此外，量子通信系統的誤幀率控制在50%以下，后處理密鑰協商效率穩定工作在96%以上，保證實現了高效穩定成碼率的量子通信系統。

　　2.2加解密功能測試

　　(1)檢測目的主要驗證加解密設備是否能按要求對規定業務進行加解密。(2)檢測內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)檢測環境組網方式如圖3所示。(5)檢測方法首先按圖3所示完成系統搭建，并確認網關加解密功能;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)檢測結果判定參數檢測結果判定參數以加密報文是否已對數據進行加密處理為準。(7)通過標準加密報文如圖4所示，解密報文如圖5所示。其中，明文數據包抓包里顯示了包協議、長度、端口、明文內容等信息;密文數據包抓包里沒有明文數據包里的相關信息顯示，內容也不相同。

　　2.3網關設備對網絡時延的影響

　　(1)檢測目的主要驗證機密網關對現有業務的圖2圖3加解密功能測試時延影響。(2)檢測內容檢測網關增加的時延。(3)檢測儀器和軟件需用電腦檢測儀器和軟件。(4)檢測環境組網方式如圖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關時的網絡時延;然后再通過抓包的方式檢測出加入加密網關并開啟加密功能時的網絡時延。(6)檢測結果對比鎮江報文和南京報文，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，所以計算出的結果不代表網絡時延。另外，由于南京機房和鎮江機房設備時間不同步，所以時延計算結果為負值，但是本次測試目的為驗證加密功能對網絡時延的影響，所以計算結果為負值不影響測試結果。

　　3結論

　　目前已經完成了連續變量量子加密通信(CV-QKD)系統在廣電網絡平臺上的測試，測試結果表明量子加密信道可通過廣電網絡為直播信號的數據傳輸提供量子安全級別的加密，且相互之間串擾較小，不影響各自的業務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:國防科技大學出版社,2000.

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

　　作者：申婷婷

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