4. 诱骗态协议设计

诱骗态协议设计的核心目标，是在不改变量子密钥分发（QKD）基本物理信道的前提下，通过人为调制光脉冲的强度分布，使窃听者无法区分“信号态”与“诱骗态”，从而把光子数分离（PNS）攻击的收益压到可忽略。设计时真正要回答的问题不是“用几个强度”，而是：在给定光源、探测器和信道条件下，如何分配信号态、诱骗态与真空态的发送概率和强度值，使成码率与安全参数同时满足工程要求。

三强度诱骗态：最常用的工程基线

三强度方案通常设置信号态强度 μ、诱骗态强度 ν 和真空态强度 ω=0。信号态用于产生密钥，诱骗态用于估计单光子计数率下界和误码率上界，真空态用于标定暗计数和探测器后脉冲等本底。以 BB84 偏振编码、工作频率 100 MHz、信道衰减 0.2 dB/km、传输 50 km 为例，一个可参考的示例参数是：μ=0.5、ν=0.1、ω=0，发送概率 p_μ=0.7、p_ν=0.2、p_ω=0.1。这里所有数值均为教学示例，不是实测结果。

三强度方案的关键计算是估计单光子增益 Q1 和单光子误码率 e1。工程上常用弱真空+诱骗态线性外推：由 ν 和 ω 两点的计数率拟合出单光子响应下界，再结合信号态总增益 Q_μ 和总误码率 E_μ，得到安全成码率下界。若采用 GLLP 类公式，密钥率近似为 R ≥ q·{Q1[1−H2(e1)] − Q_μ·f·H2(E_μ)}，其中 q 为基选择效率，f 为纠错效率，H2 为二元熵。实际实现时，μ、ν 的选取要兼顾“诱骗态不能太弱导致统计涨落大”和“不能太强导致多光子成分过高”两个矛盾。

四强度诱骗态：提升参数估计紧致度

四强度方案在三强度基础上增加一个诱骗态，例如 μ=0.6、ν1=0.2、ν2=0.05、ω=0。多一个诱骗点后，单光子增益和误码率可以用分段线性或二次约束估计，减少有限码长下的统计涨落带来的保守性。四强度并不总是优于三强度：当总脉冲数有限时，增加一个强度会摊薄每个强度的样本数，反而使估计方差变大。因此四强度更适合高重复频率、长积分时间或信道衰减较大的场景，例如 200 km 以上、探测效率约 20% 的 InGaAs 探测器系统。

双诱骗态方案：简化与折中

双诱骗态通常指只使用信号态和一个诱骗态，真空态由探测器暗计数或额外标定获得。其优势是调制简单、强度切换少、发送端控制逻辑轻，适合低成本或高速系统。代价是单光子参数估计更依赖模型假设，对光源强度波动和探测器后脉冲更敏感。工程上若采用双诱骗态，建议把诱骗态强度设在 0.05～0.15 之间，并提高诱骗态发送概率到 0.3 左右，以换取更好的统计精度。

异步诱骗态：打破时钟同步假设

异步诱骗态不要求信号态与诱骗态在固定时隙内交替，而是按随机序列发送不同强度脉冲。其设计重点是让窃听者无法从到达时间、脉冲间隔或强度切换模式中推断当前脉冲类型。实现上需要发送端维护一个伪随机强度序列，接收端在探测后通过经典信道公布基和强度类别，再筛选密钥。异步方案对时间同步要求较低，但要求强度调制器具有快速切换能力，且经典信道认证必须严格。

主动与被动诱骗态对比

主动诱骗态通过电光调制器或可调衰减器主动改变脉冲强度，强度值精确可控，但需要高速驱动和校准。被动诱骗态利用分束器、固定衰减片或光源本身的统计特性产生不同强度，结构简单、成本低，但强度比例受器件分束比和光源波动影响，参数估计更依赖实时标定。下表给出两类方案在工程关注点上的对比。

从工程实现看，三强度方案适合大多数城际与骨干链路，四强度适合长距离、低计数率场景，双诱骗态适合成本敏感或高速短距系统。异步诱骗态则更适合无法严格同步或需要隐藏强度切换模式的场景。无论选择哪种方案，最终都要回到同一组判断依据：单光子计数率下界是否足够高、单光子误码率上界是否足够低、有限码长统计涨落是否被正确纳入、以及经典信道认证是否与量子信道强度序列严格绑定。只有这些条件同时满足，诱骗态设计才真正转化为可用的安全密钥率。