論文の概要: Realistic vulnerabilities of decoy-state quantum key distribution
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.15446v2
- Date: Fri, 17 Oct 2025 08:34:48 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-10-20 13:49:08.669584
- Title: Realistic vulnerabilities of decoy-state quantum key distribution
- Title（参考訳）: デコイ状態量子鍵分布の現実的脆弱性
- Authors: I. S. Sushchev, K. E. Bugai, S. N. Molotkov, D. S. Bulavkin, A. S. Sidelnikova, D. M. Melkonian, V. M. Vakhrusheva, R. Yu. Lokhmatov, D. A. Dvoretskiy,
- Abstract要約: デコイ状態量子鍵分布(QKD)は、固定平均光子数を持つパルスを作成するために安定減衰に依存する。
盗聴器はデコイ状態のセキュリティ体制を超えて平均光子数を増大させることができることを示す。
擬似光子数分解能(PPNR)USD攻撃を導入し、ボブ側で観測可能なすべての利得をエミュレートする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We analyze realistic vulnerabilities of decoy-state quantum key distribution (QKD) arising from the combination of laser damage attack (LDA) and unambiguous state discrimination (USD). While decoy-state QKD is designed to protect against photon-number-splitting and beam-splitting attacks by accurately estimating the single-photon fraction, it relies on stable attenuation to prepare pulses with fixed mean-photon numbers. An eavesdropper (Eve) can exploit LDA to irreversibly alter the optical components on Alice's side, effectively increasing the mean-photon numbers beyond the decoy-state security regime. We show that once the alteration exceeds a critical threshold - on the order of 10--20 dB - Eve can implement an efficient USD-based intercept-resend strategy using current off-the-shelf technology, thus obtaining the entire secret key. Numerical simulations confirm that for sufficiently elevated mean-photon numbers, Eve's conclusive measurement outcomes skew the decoy-state statistics, yet remain undetected by standard security checks. We further demonstrate how a modified USD setup employing an additional beam splitter can reduce the required threshold, facilitating Eve's attack. Additionally, we introduce the pseudo-photon-number resolution (PPNR) USD attack, which allows Eve to emulate all observable gains at Bob's side so that she remains fully undetectable even with advanced statistical checks. Our findings emphasize the need for robust safeguards against high-power laser damage in QKD systems, including careful hardware selection, rigorous testing under high-power illumination, and real-time monitoring to ensure the integrity of the decoy-state protocol.
- Abstract（参考訳）: 我々は,レーザー損傷攻撃(LDA)と不明瞭な状態識別(USD)の組み合わせから生じる,デコイ状態量子鍵分布(QKD)の現実的な脆弱性を分析する。
デコイ状態QKDは、単一光子分率を正確に推定することで、光子数分割やビーム分割攻撃から保護するために設計されているが、固定された平均光子数でパルスを準備するために安定した減衰に依存する。
盗聴器(Eve)はLDAを利用してアリス側の光学部品を不可逆的に変更し、デコイ状態のセキュリティ体制を超えた平均光子数を効果的に増加させることができる。
変更が重要なしきい値を超えると、Eveは現在のオフザシェルフ技術を用いて、効率的なUSDベースのインターセプト-レスポンス戦略を実装でき、シークレットキー全体を取得することができる。
数値シミュレーションにより、平均光子数が十分に高められた場合、イヴの最終的な測定結果はデコイ状態の統計を歪ませるが、標準的なセキュリティチェックでは検出されないことを確認した。
さらに,ビームスプリッタの追加によるUSDの修正により,必要なしきい値が減少し,Eveの攻撃が容易になることを示す。
さらに,Puse-photon-number resolution (PPNR) USDアタックを導入し,イヴがボブの側で観測可能な利得をすべてエミュレートし,高度な統計検査を行っても完全に検出できないようにした。
以上の結果から,QKDシステムにおける高出力レーザー損傷に対する堅牢な保護の必要性が示唆された。
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