基于物理层侧信道分析的量子网络实验协议指纹识别

量子通信是下一代网络的关键赋能技术,利用量子纠缠实现一类新型信息交换。尽管已有工作聚焦于通信协议的理论分析,但其对物理层侧信道分析的暴露程度在很大程度上仍未被探索。在经典系统中,侧信道分析已被证明可在不访问底层数据的情况下泄露敏感信息,这引发了量子网络中是否存在类似风险的疑问。在本工作中,我们研究不同量子通信协议是否表现出可通过被动侧信道观测推断的可区分特征。我们考虑一种威胁模型,其中观测者仅访问一部分光信号而不直接测量所编码的量子态。在此设定下,我们实验考察了四种代表性协议,即纠缠分发、量子门序列、预示量子密钥分发与量子身份认证,均实现于偏振纠缠光子链路。我们收集可观测的物理层特征,包括单光子探测统计与光功率测量,并用于构建协议指纹。我们基于这些观测开发了一个数据驱动的协议识别框架。我们的结果表明,在30:70采样配置/光分接下,协议身份可被推断至高达96%的准确率,而在10:90下仍可区分,准确率介于70-89%。贝尔不等式测量确认采样/分接过程保持纠缠,验证了观测模型的非破坏性本质。这些发现表明侧信道分析可在不破坏量子关联的情况下暴露协议级信息,引入了新安全考量。