Quantum Skyshield：面对恶劣天气下低空无线网络的量子密钥分发与后量子认证
密码学与安全
2025-07-22 v1 新兴技术
量子物理
摘要
最近，低空无线网络（LAWNs）作为支撑低空经济的关键骨干网络，尤其在无人机（UAVs）和高空平台（HAPs）密集部署情况下屹立不倒。为满足日益增长的数据需求，一些LAWN部署采用了空间光（FSO）链路，具有卓越的带宽和光束定向能力。然而，在缺乏强有力安全措施的情况下，无论是常规的射频信道还是FSO光束都可能遭到窃听和欺骗，FSO尤其可能因湍流、错位和天气相关衰减而受到影响。为应对量子时代的这些挑战，本文提出一种称为Quantum Skyshield的量子安全架构，以实现基站接收站（BTS）与LAWN之间的可靠通信。该方案将BB84量子密钥分发（QKD）与后量子认证机制相结合。仿真结果表明，当量子比特误码率（QBER）保持在11%以下时，可可靠生成128位对称密钥。采用Lamport一次性签名和基于散列的消息认证码（HMAC）来确保消息完整性。一种基于Grover算法的威胁检测机制可在单次迭代中以最高89%的概率识别异常，实现实时信任评估。最后，本文还就该领域的未来研究挑战进行了讨论与总结。
引用
@article{arxiv.2507.14822,
title = {Quantum Skyshield: Quantum Key Distribution and Post-Quantum Authentication for Low-Altitude Wireless Networks in Adverse Skies},
author = {Zeeshan Kaleem and Misha Urooj Khan and Ahmad Suleman and Waqas Khalid and Kai-Kit Wong and Chau Yuen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.14822},
year = {2025}
}