基于低轨卫星网络的端到端量子密钥分发

该研究团队提出了一种基于卫星的量子密钥分发(QKD)网络,可在不依赖可信中继节点的情况下实现全球端到端安全密钥交换。该网络由环形卫星星座构成,具有持续星间连接能力,支持两种配置模式:提供全球覆盖的极地型I类星座,以及实现类地面连续运行的赤道型II类星座。通过采用双场量子密钥分发(TF-QKD)协议和基于冗余异或操作的密钥转发机制,端到端保密性得以实现——其中每个转发步骤都融合了星地链路与星间链路独立生成的QKD密钥,从而确保最终密钥不会暴露于任何中间卫星,彻底消除了可信节点网络固有的单点脆弱性。 网络扩展带来双重优势:安全性提升与密钥速率提高。扩大星座规模既通过迫使攻击者需攻陷更多节点才能破解协议来增强安全性,又能同步提升链路可用性与密钥吞吐量。基于现实的上行链路和星间链路(ISL)模型,研究人员采用“发送-不发送”(SNS)-TF-QKD协议计算了有限长度密钥的安全边界。结果表明:可实现的密钥速率与星座规模呈正相关,其中II类星座可实现连续运行,每日生成数千兆比特级密钥,为构建安全的全球量子通信网络提供了可行路径。

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提交arXiv: 2026-03-06 12:40

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