利用量子噪声实现安全的无线传输

量子噪声由于其固有的不可避免的性质，是掩盖数据保密的理想方法。人工随机噪声是一种有效的加密方法，但它并不是真正的随机方法，因此不足以阻止安全数据的传输拦截。日本研究人员实现了一种将真正的随机量子噪声添加到微波多电平信号中以进行量子加密的方法。

日本多摩川大学的Ken Tanizawa和Fumio Futami提出了一种用于量子噪声加密和解密应用的密码系统。 Tanizawa将于2020年3月8日至12日在美国加利福尼亚州圣地亚哥会议中心举行的光纤通信会议和展览会（OFC）上介绍其技术。“我们以前的工作表明，量子噪声可以有效地实现光纤通信中的保密性。但是，由于微波频率比光频率低三到五个数量级，因此微波频率下的量子噪声掩盖效果太弱，无法在无线通信中实现足够的保密性。我们认为可以利用微波光子学或光学外差来弥合这一差距。”

量子噪声加密机制的示意图

该方法使用种子密钥生成了多级光信号，然后将其移至目标微波频率。当来自本地振荡器的光混合到多电平信号中时，自然会在系统的同步检测中添加量子噪声，从而通过掩盖微波多电平信号来创建保密级别。使用提前共享的种子密钥，合法的接收者可以检索原始数据。潜在的窃听者由于没有密钥无法准确地测量传输。

研究人员表示：“随机性对于提高密码的安全性非常重要，因为窃听者会寻求密码分析的统计弱点。从理论上讲，量子噪声是真正随机的。”Tanizawa和Futami用两种方式对纯文本数据进行了测试：通过短射频电缆传输放大的密码，以及通过无线链路。这两个测试都可以实现良好的信号质量和抗信号拦截安全性的加密和解密。因此该密码系统在现实应用中是稳定且可行的

研究人员指出，他们的方法可用于处理敏感数据，随着无线通信越来越普及，这将成为更大的问题。Tanizawa说：“在5G和6G时代，我们相信将会出现许多新的应用程序，并且安全性将变得越来越重要。”本研究的具体内容将在2020年光纤通信会议(OFC)上现场展示。