A Quantum Secure Smart Grid Data Communication Model

Pooja Rani

doi:10.1109/tdsc.2026.3743390

A Quantum Secure Smart Grid Data Communication Model

2026-10-13

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DOI：10.1109/tdsc.2026.3743390

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随着量子计算技术的飞速发展，网络安全挑战日益严峻。智能电网（SGs）作为频繁交换用电数据的分布式网络控制系统，也面临威胁。然而，在为电力系统开发实用的量子安全解决方案方面，缺乏显著的努力。本文旨在为智能电网通信环境建立一个基于量子密码学的无条件安全数据通信模型（QS-DCM）。本文的主要贡献包括：通过量子加密将用电数据转化为最大混合量子态，并配备专用的量子密钥分发（QKD）模块，实现无条件安全的密钥和数据交换；此外，采用量子生成的真随机加密密钥，以增强加密和密钥交换过程，并提高系统对抗密码攻击的韧性。QS-DCM的有效性已通过基于经典计算机的模拟实验结果以及通过IBM Qiskit平台访问的真实量子计算机获得的结果进行评估。统计测量和实验结果证明了所提出解决方案的准确性和高保真度，从而验证了QS-DCM的可靠性。此外，全面的安全分析证实，通过将数据转化为最大混合量子态，QS-DCM具有完美的无条件安全性，从而对潜在的窃听攻击提供显著抵抗力，而环境误差则通过QKD后处理机制得到缓解。

Keyword:

Data communication

data security

power consumption data

quantum encryption

quantum key distribution

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