論文の概要: Assessment of practical satellite quantum key distribution architectures for current and near-future missions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.05668v1
- Date: Mon, 8 Apr 2024 16:52:15 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-04-09 13:36:07.641675
- Title: Assessment of practical satellite quantum key distribution architectures for current and near-future missions
- Title（参考訳）: 衛星量子鍵分布アーキテクチャの現・近未来ミッションへの適用評価
- Authors: Davide Orsucci, Philipp Kleinpaß, Jaspar Meister, Innocenzo De Marco, Stefanie Häusler, Thomas Strang, Nino Walenta, Florian Moll,
- Abstract要約: 本稿では,SatQKDアーキテクチャの集合を構成する設計選択の多様体について概説する。
我々は、離散可変QKDダウンリンクの準備と測定のために、低地球軌道衛星を信頼できるノードとして使用する際の望ましい選択肢とみなす。
BB84のデコイ状態バージョンは、セキュリティ証明の成熟度、キー生成率の高さ、システム複雑性の低さにより、最も有望なQKDプロトコルであることが判明した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Quantum key distribution (QKD) allows the generation of cryptographic keys beyond the computational hardness paradigm and is befitting for secure data transmission requiring long-term security. The communication distance of fibre-based QKD, however, is limited to a few hundred kilometers due to the exponential scaling of signal attenuation. Satellite QKD (SatQKD) can instead leverage free-space optical links to establish long-range connections and enable global-scale QKD. In this work we review the manifold of design choices that concur to form the set of possible SatQKD architectures. These include the choice of the QKD protocol and its physical implementation, but also the satellite orbit, the optical link direction, and whether or not to use trusted-node relays. The possible SatQKD architectures are then evaluated in terms of key generation throughput, latency and maximum reachable communication distance, but also the system-level security and implementation complexity. Given the technical challenges of realising SatQKD systems it is paramount, for near-future satellite missions, to adhere to the simplest possible architecture that still allows to deliver the QKD service. We thus identify as advisable options the use of low-Earth orbit satellites as trusted nodes for prepare-and-measure discrete-variable QKD downlinks with weak laser pulses. The decoy-state version of BB84 is found to be the most promising QKD protocols due to the maturity of the security proofs, the high key generation rate and low system complexity. These findings are confirmed by the multitude of current and planned SatQKD missions that are adopting these architectural choices.
- Abstract（参考訳）: 量子鍵分散(QKD)は、計算硬度パラダイムを超えた暗号鍵の生成を可能にし、長期のセキュリティを必要とするセキュアなデータ伝送に適している。
しかし、ファイバーベースのQKDの通信距離は、信号減衰の指数的スケーリングにより数百kmに制限されている。
衛星QKD(SatQKD)は、代わりに自由空間光リンクを利用して長距離接続を確立し、グローバルスケールのQKDを可能にする。
本稿では,SatQKDアーキテクチャの集合を構成する設計選択の多様体について概説する。
QKDプロトコルとその物理実装の選択だけでなく、衛星軌道、光リンク方向、信頼ノードリレーの使用の有無なども含まれる。
可能なSatQKDアーキテクチャは、キー生成スループット、レイテンシ、最大到達可能な通信距離の観点から評価されるが、システムレベルのセキュリティと実装の複雑さも評価される。
SatQKDシステムの実現という技術的課題を考えると、近未来の衛星ミッションにとって、QKDサービスの提供を可能にする最も単純なアーキテクチャに従うことが最重要である。
そこで我々は、低地球軌道衛星を、弱いレーザーパルスによる離散可変QKDダウンリンクの準備および測定のための信頼ノードとして使用する際の望ましい選択肢とみなす。
BB84のデコイ状態バージョンは、セキュリティ証明の成熟度、キー生成率の高さ、システム複雑性の低さにより、最も有望なQKDプロトコルであることが判明した。
これらの発見は、現在および計画中のSatQKDミッションによって確認され、これらのアーキテクチャの選択が採用されている。
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