We propose and implement a protocol for a scalable, cost-effective, information-theoretically secure key distribution and management system. The system, called Quantum Key Infrastructure (QKI), relies on pre-shared random numbers between QKI clients and a group of Quantum Entropy Managers (QEMs). Any group of QKI clients can use the QKI protocol to distill from the pre-shared numbers a secret key. The clients are protected from QEM compromise via a secret sharing scheme that allows the creation of the final key without the need to trust individual QEMs. Precisely, if the number of compromised QEMs does not exceed a certain threshold, confidentiality is guaranteed to QKI clients and, at the same time, robustness against denial-of-service (DoS) attacks. The QKI system can be used for quantum-secure communication, can be easily integrated into existing network infrastructures, and can support arbitrary groups of communication parties that have access to a key. We discuss the high-level protocol, analyze its security, including its robustness against disruption. A proof-of-principle demonstration of secure communication between two distant clients with a QKI-based VPN using QEMs on Amazon Web Server (AWS) nodes thousands of kilometres away from them was performed, demonstrating the feasibility of QKI-enabled secret sharing one-time-pad encryption with a data rate above 50 Mbit/s and a latency below 70 ms.


翻译:我们提议并执行一项协议,用于一个可扩展的、成本效益高的、信息理论安全的关键分配和管理系统。该系统称为Qantum Key基础设施(QKI),其依据是QKI客户和一批Qantum Entropy管理员(QEMs)之间预先共享的随机数字。任何一组QKI客户都可以使用QKI协议,从预共享的数字中提取一个秘密钥匙。客户通过秘密共享计划受到保护,可以创建QEM妥协,从而无需信任个人QEMs即可创建最后钥匙。确切地说,如果受损的QEMs的数量没有超过一定的门槛,则保证QKI客户和一组Quantum Entermmmmmopy管理员之间的保密数字。QKI系统可以使用QKI协议,可以很容易地与现有的网络基础设施整合,并且可以支持拥有钥匙的任意通信方团体。我们讨论高级别协议,分析其安全性,包括它是否稳健,如果受损的QEMMEMM的数值不超过一定的门槛,则保证QKI客户的50公里远端的网络安全性数据库客户之间没有证据证明。

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