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量子物理

arXiv:2501.06319 (quant-ph)
[提交于 2025年1月10日 ]

标题: 量子纠缠与测量噪声:一种卫星节点认证的新方法

标题: Quantum Entanglement and Measurement Noise: A Novel Approach to Satellite Node Authentication

Authors:Pooria Madani, Carolyn McGregor
摘要: 在本文中,我们介绍了一种基于量子纠缠和测量噪声轮廓的卫星节点新颖认证方案。 我们的方法利用每个卫星量子光通信系统表现出的独特噪声特性,创建一个独特的“量子噪声指纹”。 此指纹用于卫星星座中的节点认证,为传统加密方法提供了一种量子安全的替代方案。 所提出的方案包括一个训练阶段,其中每个卫星与其邻居进行训练练习以编制噪声轮廓,以及一个在线认证阶段,其中这些轮廓用于实时认证。 我们的方法通过利用量子力学的基本特性和量子系统中不可避免的不完美性,解决了在太空中实施基于密码学的方案的固有挑战,例如密钥管理和分发。 这种方法提高了卫星通信网络的安全性和可靠性,为卫星星座中的认证挑战提供了一个强大的解决方案。 我们使用IBM System One量子计算机验证和测试了该方法的几个假设。
摘要: In this paper, we introduce a novel authentication scheme for satellite nodes based on quantum entanglement and measurement noise profiles. Our approach leverages the unique noise characteristics exhibited by each satellite's quantum optical communication system to create a distinctive "quantum noise fingerprint." This fingerprint is used for node authentication within a satellite constellation, offering a quantum-safe alternative to traditional cryptographic methods. The proposed scheme consists of a training phase, where each satellite engages in a training exercise with its neighbors to compile noise profiles, and an online authentication phase, where these profiles are used for real-time authentication. Our method addresses the inherent challenges of implementing cryptographic-based schemes in space, such as key management and distribution, by exploiting the fundamental properties of quantum mechanics and the unavoidable imperfections in quantum systems. This approach enhances the security and reliability of satellite communication networks, providing a robust solution to the authentication challenges in satellite constellations. We validated and tested several hypotheses for this approach using IBM System One quantum computers.
主题: 量子物理 (quant-ph) ; 密码学与安全 (cs.CR)
引用方式: arXiv:2501.06319 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2501.06319v1 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.06319
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: AIAA SciTech 2025
相关 DOI: https://doi.org/10.2514/6.2025-2725
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来自: Pooria Madani [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 1 月 10 日 19:43:34 UTC (426 KB)
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