9、基于量子密钥分发的LiFi安全技术解析

基于量子密钥分发的LiFi安全技术解析

1. 引言

在当今的网络通信领域，安全问题一直是重中之重。传统的经典密码学中的Vernam一次性密码本算法虽被认为是最安全的算法之一，但它存在两个关键问题。一是密钥需要通过物理会面等其他媒介在发送方和接收方之间进行共享，这使得密钥的传递成为一个棘手的问题；二是密钥长度需与输入长度相同，这可能导致密钥过长。

量子密钥密码学为解决这些问题提供了有效的途径。它基于量子物理规则，不依赖计算能力来提供安全性，而是依靠海森堡不确定性原理和不可克隆定理。在海森堡不确定性原理的约束下，攻击者无法在不改变量子比特状态的情况下得知其状态；而不可克隆定理则阻止了攻击者复制量子比特的状态。一旦有人试图攻击，发送方Alice和接收方Bob会因量子态的变化而察觉。

目前，Wi-Fi在广泛使用的同时，其安全性却常常被忽视。在一些关键任务场景中，Wi-Fi技术容易受到攻击。因此，光作为一种通信媒介被引入数据传输领域，即LiFi技术。通常情况下，我们在使用LiFi发送消息时可能不进行加密，或者仅使用除量子算法之外的经典算法进行加密。而本文将介绍一种将量子安全与LiFi相结合的方法，以实现更高的安全性。

2. QKD系统

2.1 量子密钥分发基础

量子密钥分发（QKD）是一种在通信双方之间传输密钥的方法，它利用光子对非常敏感的数据进行加密。QKD生成的密钥不仅可用于量子加密算法，还能提升经典算法（如高级加密标准AES和数据加密标准DES）的安全级别。

QKD主要遵循量子物理理论，使用光子系统进行通信，其物理状态用狄拉克符号（bra和ket）表示。经典比特到量子比特的映射关系如下：