Quantum networks open the way to an unprecedented level of communication security. However, due to physical limitations on the distances of quantum links, current implementations of quantum networks are unavoidably equipped with trusted nodes. As a consequence, the quantum key distribution can be performed only on the links. Due to this, some new authentication and key exchange schemes must be considered to fully benefit from the unconditional security of links. One such approach uses Multiple Non-Overlapping Paths (MNOPs) for key exchange to mitigate the risk of an attack on a trusted node. The scope of the article is to perform a security analysis of this scheme for the case of both uncorrelated attacks and correlated attacks with finite resources. Furthermore, our analysis is extended to the case of Multiple Overlapping Paths (MOPs). We prove that introducing overlapping paths allows one to increase the security of the protocol, compared to the non-overlapping case with the same number of additional links added. This result may find application in optimising architectures of large-scale (hybrid) quantum networks.


翻译:量子网络打开了通往前所未有的通信安全水平的道路,然而,由于量子链路距离的物理限制,目前量子网络的实施不可避免地配备了可信赖的节点。因此,量子键的分布只能在链接上进行。因此,必须把某些新的认证和关键交换计划视为完全受益于无条件的链接安全。其中一种做法是使用多非重叠路径进行关键交换,以减少对可信赖节点的攻击风险。文章的范围是对这一计划进行安全分析,既涉及与不相关攻击,也涉及有限资源的相关攻击。此外,我们的分析扩大到多重叠路径(MOPs)的情况。我们证明,采用重叠路径可以增加协议的安全性,而与添加的相同数量的额外链接的不重叠案例相比,我们证明采用重叠路径可以增加协议的安全性。这可能导致大规模(节点)量网络结构的优化。

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