2. 量子密钥分发协议与光纤链路适配

量子密钥分发（QKD）协议决定了密钥生成的安全边界，而光纤链路则决定了这些协议能否在真实环境中稳定运行。协议与链路之间并非简单的“上层调用下层”关系，而是存在一组相互制约的工程约束：协议对信道损耗、误码率、探测器暗计数和相位稳定性有明确容忍范围，链路的光纤类型、距离、连接点数量和环境扰动又直接影响这些参数。因此，工程选型的核心不是比较协议的理论安全性，而是判断在给定光纤链路上，哪种协议能以可接受的成码率和误码率持续产出密钥。

BB84 在光纤信道中的实现约束

BB84 使用四个非正交态，通常编码在光子的偏振或相位上。在光纤中，偏振态会因光纤双折射和环境温度变化而随机旋转，长距离传输后偏振对比度迅速下降，因此城际和长途链路普遍采用相位编码或时间相位编码。BB84 的基矢比对阶段需要公开协商，窃听者若截获并重发单光子，会引入约 25% 的量子比特误码率（QBER）。工程上通常把 QBER 门限设在 11% 左右，超过该值即认为存在窃听或链路异常，必须中止密钥生成。

BB84 的成码率随距离近似指数衰减。以标准单模光纤在 1550 nm 窗口约 0.2 dB/km 的损耗为例，50 km 链路损耗约 10 dB，探测器端单光子计数率已显著下降；若使用门控 InGaAs 雪崩光电二极管（SPAD），暗计数约 10⁻⁵/门，探测效率约 10%～20%，则 80 km 以上链路的安全成码率会降至 kbps 量级甚至更低。这意味着 BB84 更适合城域接入和短距骨干，而不是超长距离干线。

诱骗态方法：把弱相干源拉回安全区

实际系统很难产生理想单光子源，多采用弱相干光脉冲，其光子数服从泊松分布，存在一定比例的多光子脉冲。光子数分离（PNS）攻击正是利用多光子脉冲窃取信息。诱骗态方法通过随机改变脉冲平均光子数（如信号态 μ=0.5、诱骗态 ν=0.1、真空态 0），让窃听者无法区分信号脉冲与诱骗脉冲，从而在统计上约束单光子脉冲的增益下界。

工程实现中，诱骗态的关键参数是三种态的比例和强度。典型配置为信号态占 70%～90%，诱骗态占 10%～30%，真空态占 1%～5%。强度漂移会直接破坏安全性估计，因此需要实时监测光脉冲平均光子数，并在偏差超过设定阈值时重新标定。诱骗态并不改变 BB84 的编码方式，而是把“源不完美”这一现实约束纳入安全证明，使弱相干源在光纤链路中具备可证明安全性。

测量设备无关协议：把探测器漏洞移出信任边界

BB84 和诱骗态 BB84 都假设接收端探测器可信，但实际 SPAD 存在探测效率不匹配、死时间、后脉冲等侧信道，攻击者可利用这些差异实施探测器致盲攻击。测量设备无关 QKD（MDI-QKD）让通信双方各自发送编码脉冲到第三方测量节点进行贝尔态测量，测量结果公开广播。由于双方不直接探测对方信号，探测器的任何缺陷都不再泄露密钥信息，安全性只依赖测量节点是否按协议执行测量，而不依赖其是否可信。

MDI-QKD 在光纤链路中的主要约束是干涉可见度和同步精度。两路独立激光器到达测量节点时，频率差需控制在 MHz 量级，时间抖动需小于脉冲宽度的十分之一，否则 Hong-Ou-Mandel 干涉对比度下降，误码率迅速升高。典型 MDI-QKD 实验在 50～100 km 光纤上可实现 kbps 级成码率，但系统复杂度显著高于诱骗态 BB84，需要额外的时钟同步、频率锁定和偏振补偿模块。因此，MDI-QKD 更适合对探测器信任有严格要求、且链路条件可控的骨干节点间连接。

工程选型：从链路条件反推协议配置

实际选型可按以下顺序判断。第一，确认链路损耗和距离：若两端距离在 50 km 以内、损耗低于 12 dB，优先选用诱骗态 BB84，系统成熟、成本低、成码率高。第二，若距离在 50～100 km，需评估探测器暗计数和光纤连接点数量，选择低暗计数 SPAD 并优化诱骗态强度，必要时增加拉曼滤波和窄带滤波抑制噪声。第三，若链路跨越不可信中继节点或对探测器侧信道有硬性安全要求，则选用 MDI-QKD，并预留频率锁定和同步通道。第四，若链路超过 120 km，单段光纤 QKD 成码率已难以满足业务需求，应考虑可信中继级联或与经典加密通道混合组网。

协议适配的检查要点

协议与光纤链路的适配，本质上是在安全假设、链路损耗、探测性能和系统复杂度之间做权衡。BB84 提供了最简洁的安全框架，诱骗态让它能容忍真实光源的不完美，MDI-QKD 则把信任边界从探测器移到了测量节点。工程上不存在“最优协议”，只有在给定链路条件和安全需求下“最合适”的组合。选型时应先测链路损耗和 QBER 基线，再根据安全等级决定是否引入诱骗态或 MDI 结构，最后通过强度标定、偏振补偿和异常中止逻辑保证系统长期稳定运行。