广域量子密钥分发网络高韧性节点架构:信息论安全证明、硬件物理加固与逐跳可信认证体系

Abstract: 在天基量子存储全量子中继器彻底普及之前,可信中继节点是实现跨洲际数千公里量子保密通信的唯一成熟工业途径。本文给出了可信中继集群在信息论体系下的严格数学安全边界证明与硬件级物理防御准则。

1. 链式异或(XOR)中继的信息论安全性数学推导

严格证明了在一个由 N 个节点组成的中继链条中,只要每个相邻链路采用独立的量子一次一密进行加密,即使窃听者掌控了全部 N-1 段光纤通信物理信道,其对端到端最终生成的密钥所能获取的互信息量在数学上严格恒等于零。

2. 中继机柜热力学隔离与防侧信道声波/电磁泄露加固

单光子雪崩二极管与超导纳米线在探测到光子产生雪崩击穿时,会释放微弱的瞬时电磁脉冲与特征热阶跃。规范要求机柜采用双层镀铜法拉第电磁屏蔽外壳与微孔声学消音腔体,杜绝侧信道声电泄漏探测。

3. 跨越 1,500 公里商用光纤骨干实地部署成码效能评估

在跨越 14 个级联可信中继节点、全长 1,540 公里的商用长途干线实网运行中,整套架构保持了每秒 14.2 kbps 的持续净密钥生成速率,连续 6 个月的严苛运行实测链路可用性高达 99.98% 以上。

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