量子身份认证中协议阶段的实验侧信道分析

量子网络可实现分布式计算与传感。为安全实现这些能力,量子身份认证必不可少。若无量子层认证,恶意中继器可能保留纠缠而非执行交换,从而在通信方之间实现中间人攻击(MitM)。认证通过依据预先共享密钥在数据量子比特的位置与基中嵌入认证量子比特来缓和此威胁。尽管已有工作分析了安全性与MitM检测保证,物理层侧信道分析仍未被探索。若攻击者推断协议阶段,其可避开认证量子比特并提取数据量子比特,使认证失效。为此,我们利用量子通信测试平台开展实验研究。使用分束器分接部分光信号,使观测者能收集侧信道数据而不破坏量子态。我们评估了两种采样设定,即分接30%或10%信号。所收集侧信道数据包括使用单光子探测器与功率计获得的 photons 到达时序与光功率数据。基于此数据集,我们提取并构造了捕获时序动力学与信号强度变化的特征。随后我们训练机器学习模型,仅基于侧信道观测对协议阶段分类。我们的结果表明协议阶段推断在以高准确率可行,在30%采样下达98%(F1分数97%),在10%采样下达96%(F1分数94%)。这些发现揭示了一个被忽视的漏洞,并凸显了针对侧信道推断攻击的鲁棒设计需求。