Quantum key distribution (QKD) networks is expected to provide information-theoretical secured (ITS) communication over long distances. QKD networks based trusted relay architecture are now the most widely used scheme in practice. However, it is an unrealistic assumption that all relays are fully trustable in complex networks. In the past, only a few studies have theoretically analyzed the case of passive eavesdropping attack by dishonest relays and corresponding defense method. However, we have found that active attacks by dishonest relays can be more threatening. With the consideration of passive and active attacks, we treat dishonest relays as Byzantine nodes and analyzes the upper limit of Byzantine nodes that the QKD network can accommodate. In this paper, we propose an ITS Byzantine-fault tolerance (BFT) QKD network scheme to achieve end-to-end key distribution based on point-to-point QKD links. To ensure consistency and provide BFT ability in the QKD network, we design an ITSBFT-consensus protocol for this network scheme. To ensure the information-theoretic security of consensus, we design a temporary signature scheme based on point-to-point QKD link keys. To prevent Byzantine nodes from disrupting the execution process of key distribution, we design an end-to-end key distribution scheme combined with consensus. We theoretically analyze proposed ITSBFT-QKD network scheme from four aspects: QKD key distribution security, temporary signature security, consensus security, and leader election fairness. The simulation result proved the feasibility and demonstrate the performance.


翻译:QKD 以网络为基础的信任继电器结构目前是实践中最广泛使用的办法。然而,这是一个不切实际的假设,即所有继电器都完全可信任复杂的网络。过去,只有少数研究从理论上分析了被动窃听用不诚实的中继器和相应的防御方法进行攻击的案例。然而,我们发现,通过不诚实的中继器进行积极的攻击可能更具有威胁性。考虑到被动和主动的攻击,我们把不诚实的中继器当作拜占庭节点处理,分析QKD网络能够容纳的Byzantine节点的上限。然而,我们在本文件中提议采用ITS Byzantine-falt容忍(BFT) QKD 网络计划,以基于点对点的QKD链接实现端对端关键分配。为了确保一致性,并在QKD网络中提供BFT临时能力,我们设计了一个IMB-conensus 临时协议, 来防止这个网络的虚拟节点节点节点节点节点节点节点节点节点。我们用安全设计了一个安全计划,我们用KKSD 展示了一个安全设计系统,我们用KD 的链接到 KD 显示一个安全设计系统。

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