2026年量子通信安全基础试题

2026年量子通信安全基础试题1.单项选择题（每题2分，共20分）1.12026年主流连续变量量子密钥分发协议CV-QKD中，用于衡量信道过噪声的物理量是A.误码率B.过量噪声方差C.互信息量D.信道容量答案：B解析：过量噪声方差ξ直接决定安全码率的下界，是CV-QKD安全证明的核心参数。1.2在测量设备无关量子密钥分发（MDI-QKD）中，Charlie端执行Bell测量的主要目的是A.估计量子比特错误率B.消除所有探测器侧信道攻击C.提高密钥生成率D.补偿光纤损耗答案：B解析：Bell测量将探测过程与密钥信息解耦，任何针对探测器的攻击均无法获取密钥。1.32026年NIST后量子标准算法中，可抵抗量子Shor算法但无法抵抗Grover二次加速的公钥加密方案是A.CRYSTALS-KYBERB.ClassicMcElieceC.SIKED.Rainbow答案：A解析：KYBER基于Module-LWE，其安全归约仅针对CPAI，密文长度短但需额外对称认证抵抗Grover。1.4在有限码长安全框架中，平滑最小熵Hminε(A|E)的平滑参数ε与失败概率的关系为A.ε越大安全界限越紧B.ε与安全界限无关C.ε越小可提取密钥越短D.ε决定tracedistance上限答案：D解析：ε为tracedistance上界，直接决定提取密钥与理想密钥的不可区分性。1.52026年商用QKD系统普遍采用的高效率单光子探测器是A.SNSPDB.InGaAs-APDC.PMTD.VLPC答案：A解析：超导纳米线单光子探测器在1550nm窗口探测效率>90%，暗计数<1cps，已取代APD。1.6在量子数字签名(QDS)中，用于保证不可抵赖性的核心资源是A.量子单向函数B.量子比特承诺C.量子纠缠交换D.量子随机码答案：B解析：比特承诺的绑定性与隐蔽性确保签名者事后无法否认。1.72026年欧盟“量子卫士”卫星采用的多普勒补偿技术，其频率漂移补偿精度为A.±10MHzB.±1MHzC.±100kHzD.±10kHz答案：D解析：卫星相对地面站速度~7km/s，激光线宽100kHz可保证干涉对比度>95%。1.8在双场量子密钥分发(TF-QKD)中，相位漂移补偿的参考信号通常采用A.强相位参考光B.弱相干脉冲C.单光子D.纠缠光子对答案：A解析：强相位参考光（~10^6光子/脉冲）提供高信噪比，用于实时补偿光纤相位噪声。1.92026年量子密钥分发网络路由协议Q-OSPF使用的链路权重度量是A.密钥生成率B.量子误码率C.剩余密钥量D.跳数答案：C解析：Q-OSPF以节点剩余密钥量Kbits为权重，实现负载均衡与最小剩余密钥最大化。1.10在量子安全直接通信(QSDC)中，确保信息不被窃听而直接传输的物理原理是A.量子不可克隆B.量子纠缠纯化C.量子退相干D.量子隧穿答案：A解析：任何窃听行为均会引入误码，接收方可实时终止通信，无需事后密钥蒸馏。2.多项选择题（每题3分，共15分，多选少选均不得分）2.1以下哪些攻击模型在2026年CV-QKD安全证明中被显式考虑A.波长攻击B.本振光强度波动攻击C.校准脉冲时移攻击D.Trojanhorse攻击答案：ABCD解析：现代CV-QKD安全框架将上述所有侧信道纳入过量噪声预算。2.2关于量子随机数发生器(QRNG)的熵评估，下列说法正确的是A.最小熵Hmin≥0.98bit/bit方可通过NISTSP800-90B认证B.需进行频率测试、重叠子样本测试、压缩测试C.2026年主流QRNG采用自检测闭环实时熵估计D.量子侧信息熵需用熵累积定理量化答案：ABCD解析：四项均为2026年QRNG认证与实现标准。2.3在星地量子通信中，影响链路衰减的主要因素包括A.大气湍流B.衍射极限C.望远镜跟踪误差D.背景光噪声答案：ABC解析：背景光噪声影响信噪比但不直接决定衰减系数。2.4以下哪些技术可用于提高MDI-QKD的密钥率A.离散调制四态协议B.误差校正多层LDPCC.非对称信道配置D.高维编码答案：ABCD解析：四项均为2026年实验报道的速率提升技术。2.52026年量子密钥分发与经典加密融合架构中，密钥管理层需支持A.量子密钥热备份B.经典PKI交叉认证C.密钥滚动更新<1msD.量子密钥完整性标签答案：ABCD解析：融合架构要求双栈密钥无缝切换与完整性校验。3.判断题（每题1分，共10分，正确打“√”，错误打“×”）3.12026年商用QKD系统已可在200km光纤上实现1Mbps密钥生成。答案：×解析：最高实验记录~500kbps@200km，1Mbps尚未达到。3.2在TF-QKD中，发送方无需信任第三方测量设备。答案：√解析：TF-QKD为测量设备无关类协议，发送方仅需信任自身设备。3.3量子数字签名验证过程需要消耗量子态。答案：×解析：验证仅使用经典信息，量子态仅在分发阶段使用。3.42026年欧盟立法要求关键基础设施5年内完成QKD升级。答案：√解析：EUCyberResilienceAct2026规定金融、能源骨干网2029年前部署QKD。3.5量子密钥分发无法抵抗中间人攻击。答案：×解析：通过经典认证信道（如PKI）可认证身份，抵抗中间人。3.6在CV-QKD中，反向协调比正向协调更适合低信噪比区域。答案：√解析：反向协调将纠错负担移至Alice，SNR<1时码率更高。3.72026年QRNG芯片已集成在智能手机SoC中。答案：√解析：台积电3nm工艺已集成量子隧穿RNGIP。3.8量子密钥分发网络必须采用星型拓扑。答案：×解析：Mesh、环形、星型均可，Q-OSPF支持任意拓扑。3.92026年QKD系统可在海底光缆中继器上直接部署。解析：×解析：中继器含EDFA有源放大，引入非线性噪声，需无中继TF-QKD。3.10量子安全直接通信允许实时检测窃听而不泄露密钥。答案：√解析：QSDC利用块传输与量子块校验实现实时检测。4.填空题（每空2分，共20分）4.12026年CV-QKD安全码率公式中，过噪声方差ξ的容忍上限为______shot-noise单位。答案：0.024解析：ξ<0.024SNU时，200km光纤码率>10^-5bit/pulse。4.2在MDI-QKD中，Bell基测量成功概率为______。答案：50%解析：两光子Bell测量仅投影到|ψ−⟩与|ψ+⟩，成功概率1/2。4.32026年NIST后量子签名算法Dilithium的公钥尺寸为______字节。答案：1312解析：Dilithium-3参数集公钥1312B，签名2420B。4.4量子密钥池耗尽概率模型中，M/M/1/K队列的阻塞概率公式为______。答案：P_K=(1−ρ)ρ^K/(1−ρ^{K+1})解析：ρ=λ/μ，K为密钥池容量。4.52026年低轨量子卫星Q-Sat的轨道高度为______km。答案：500解析：500km太阳同步轨道平衡链路损耗与重访周期。4.6在TF-QKD中，相位补偿的导频光强度通常为信号光强度的______倍。答案：10^4解析：~10^6光子/脉冲导频，信号~100光子/脉冲。4.72026年商用SNSPD在2K工作温度下的暗计数率为______cps。答案：0.1解析：0.1cps对应误码贡献<10^-4。4.8量子数字签名一次安全签名的比特长度下限为______。答案：2n+O(log(1/ε))解析：n为消息长度，ε为安全参数。4.92026年欧盟QKD测试床“OPEN-QKD”覆盖的节点数为______。答案：14解析：横跨7国14节点，总长2000km。4.10在CV-QKD多维协商算法中，LDPC码率R与信噪比SNR的关系近似为______。答案：R≈1/2log2(1+SNR)解析：高斯信道容量的一半作为实用码率。5.简答题（每题8分，共24分）5.1简述2026年CV-QKD系统中实时过量噪声估计的三种方法，并比较其精度与复杂度。答案：(1)导频辅助估计：插入高斯导频脉冲，利用最大似然估计ξ，精度±0.001SNU，复杂度O(N)。(2)数据辅助估计：使用反向协调后数据，贝叶斯更新ξ，精度±0.0005SNU，复杂度O(NlogN)。(3)深度学习预测：LSTM网络输入信道响应，预测ξ，精度±0.0002SNU，需离线训练，推理复杂度O(1)。综合：导频法实时性强，深度学习精度最高但需GPU。5.2说明TF-QKD如何克服信道损耗极限，并给出2026年实验实现的密钥率对比。答案：TF-QKD将密钥率从O(η)提升至O(√η)，η为信道透射率。2026年实验：传统BB84：0.2bps@500kmTF-QKD：50bps@500km双波段TF-QKD：120bps@600km通过相位跟踪精度0.02rad、导频强度10^6光子/脉冲实现。5.3解释量子密钥分发网络中“密钥即服务”(KaaS)架构的三层安全模型。答案：(1)量子层：QKD链路生成原始密钥，提供信息论安全。(2)密钥管理层：量子密钥池、KMS、量子随机数熵注入，实现密钥滚动、备份、撤销。(3)应用层：API网关提供TLS1.3+QKD套件，支持OAuth2.0令牌绑定量子密钥，实现端到端安全。三层间使用量子安全MAC认证，确保密钥生命周期安全。6.计算题（共31分）6.1（10分）某CV-QKD系统采用高斯调制，信道透射率T=0.18，过噪声ξ=0.02SNU，电子学噪声vel=0.015SNU，反向协调效率β=0.95，求asymptotic安全码率R∞（单位bit/pulse）。答案：高斯信道容量C取调制方差V=4SNU，则C反向协调后=6.2（10分）某MDI-QKD系统使用弱相干脉冲，平均光子数μ=0.35，信号态概率Pμ=0.9，诱骗态Pν=0.1，ν=0.05，信道透射η=0.12，探测器效率ηd=0.8，暗计数pd=10^-6，求单次脉冲的渐近密钥率R。答案：增益=误码率