With the rapid growth of handheld devices in the internet of things (IoT) networks, mobile applications have become ubiquitous in everyday life. As technology is developed, so do also the risks and threats associated with it, especially in the forthcoming quantum era. Existing IoT networks, however, lack a quantum-resistant secret key sharing scheme to meet confidential message transmission demands in wide-area mobile applications. To address this issue, this article proposes a new scheme, channel reciprocity (CR) based quantum key distribution (QKD) CR-QKD, which accomplishes the goal of secret key sharing by combining emerging techniques of QKD and CR-based key generation (CRKG). Exploiting laws of quantum physics and properties of wireless channels, the proposed scheme is able to ensure the secrecy of the key, even against computationally unbounded adversaries. The basic mechanism is elaborated for a single-user case and it is extended into a multi-user case by redesigning a multi-user edge forwarding strategy. In addition, to make CR-QKD more practical, some enhancement strategies are studied to reduce the time delay and to improve the secret key generation rate in a secure manner. A prototype of CR-QKD is demonstrated in a metropolitan area network, where secret keys are shared between two remote IoT devices that are roughly fifteen kilometers apart from each other. The experimental results have verified that CR-QKD allows a secret key rate of 424 bits per second with a retransmission rate of 2.1%.


翻译:随着互联网(IoT)网络中手持装置的迅速增长,移动应用程序在日常生活中变得无处不在。随着技术的发展,也存在着与此相关的风险和威胁,特别是在即将到来的量子时代。但是,现有的IoT网络缺乏一个抗量秘密密钥共享机制,以满足广域移动应用程序的机密信息传输需求。为解决这一问题,本篇文章提出了一个新方案,即基于对等频道的量子键分配(QKD) CR-QKD(QKD),通过将QKD和CRF的关键一代(CRKG)的新兴技术结合起来,实现秘密关键共享的目标。探索量子物理法和无线频道特性法,但现有的IoT网络缺乏一个能保证钥匙保密的保密性共享机制,即使是针对无线的对手。为单一用户案设计了基本机制,并通过重新设计多用户端端传输战略(QR-KD)扩展为多用户案例。此外,为了让CRKD更实际化,正在研究一些加强战略,以减少时间延迟和CRF的关键数据物理和无线频道特性频道的每个CRMRRV的版本,使CRMCR-RC-RC-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-RV-Rx-R-C-C-C-C-C-C-r-r-r-r-x-x-r-x-x-x-x-x-x-x-rx-x-rx-x-x-x-x-x-x-x-x-c-x-x-x-x-x-x-c-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-x-C-x-C-x-x-x-的

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