一种诱骗态量子密钥分发系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种诱骗态量子密钥分发系统及方法。其中的系统包括：发送装置和接收装置；发送装置从三组测量基中选择任意一组测量基作为信号测量基，另两组测量基为诱骗测量基；从三组测量基中选择一组测量基；当选择诱骗测量基时，随机发送诱骗测量基的第一本征态或诱骗态；当选择信号测量基时，随机发送信号测量基的任意一个本征态或诱骗态；将测量基信息和诱骗态的信息发送给接收装置；根据测量基信息和诱骗态的信息进行参数估计，得到误码率；进行纠错并进行隐私放大，得到密钥。应用本发明专利技术可以在提高量子密钥分发系统的成码率的同时，大大减少了所使用的量子态的数目，节省了制备、发送或接收量子态所需的系统资源。

【技术实现步骤摘要】
一种诱骗态量子密钥分发系统及方法
本专利技术涉及量子信息
，尤其涉及一种诱骗态量子密钥分发系统及方法。
技术介绍
随着互联网的飞速发展以及广泛普及和应用，通讯安全的重要性不断提升。在很多情况下，通讯双方希望通过公共信道传递信息，并同时保证信息的隐私性。例如，当银行向用户索取账号和密码的时候，用户总是希望他们通过公共信道传递的信息是隐私，是第三方无法获知的。在现有技术中，通过对信息一次一密的加密的方法，可以保证信息的隐私安全性，但这需要双方共享大量的私有密钥。由于通讯双方共享公有密钥，因此经典通讯协议的安全性实际上是基于计算复杂度的。然而，随着科技的发展，经典通讯的安全性将可能产生问题。基于量子力学的基本原理，量子密钥分发可以在两方之间共享安全的随机密钥。利用共享的密钥可以对通讯中的信息进行加密，从而保证通讯安全。由于量子密钥分发技术的安全性是基于物理学基本原理，因此是信息论安全的。量子密钥分发的核心技术在于密钥共享双方可以探测第三方截获的密钥信息，从而可以将泄漏的信息剔除以得到安全的密钥。量子密钥分发技术是量子信息技术中最有应用前景的技术之一。随着量子信息技术的发展，量子密钥分发系统已经在实验中得以实现。当前的量子密钥分发技术大多都基于诱骗态的BB84协议。在该协议中，需要制备斜测量基(简称X基，其本征态为两种对角偏振态|+>和|->，下同)和直测量基(简称Z基，其本征态为两种垂直偏振态|0>和|1>，下同)的本征态，因此是基于两组测量基的4种本征态进行编码。例如，在现有技术中的四态量子密钥分发技术中，一般需要发送Z基的本征态|0>和|1>，以及相应的诱骗态“|0>decoy”和“|1>decoy”；还需要发送X基的本征态|+>和|->，以及相应的诱骗态“|+>decoy”和“|->decoy”。所以，上述的基于诱骗态的BB84协议中，实际需要使用8种量子态。另外，在上述的基于诱骗态的BB84协议中，由于只在X和Z两组测量基下进行编码，因此在传输过程中所产生的损耗，使得该协议往往不能最大化地利用信道进行信息以及密钥的传输，使得量子密钥分发的成码率对于一个给定的实际信道没有达到其理论上的最大值，因而会导致实际的传输效率并非最优的。因此，现有技术中的四态的量子密钥分发技术由于编码的问题使得其成码率也受到了相应的限制。此外，现有技术中还提出了一种六态量子密钥分发技术。在该技术中，是通过在X、Y、Z三组测量基下的六种本征态(简称为六态)进行编码，从而保证量子密钥分发技术可以最大程度地利用信道进行传输。因此，在该技术中，除了上述的8种量子态之外，还需要额外发送Y基的本征态|+i>和|-i>，以及相应的诱骗态“|+i>decoy”和“|-i>decoy”，以提高实际量子密钥分发系统的成码率。因此，在六态的量子密钥分发协议里一共需要发送12种量子态(或称为信号态)，其中的冗余量很大。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种诱骗态量子密钥分发系统及方法，从而在提高量子密钥分发系统的成码率的同时，大大减少了所使用的量子态的数目，节省了制备、发送或接收量子态所需的系统资源。本专利技术的技术方案具体是这样实现的：一种诱骗态量子密钥分发系统，该系统包括：发送装置和接收装置；所述发送装置和接收装置通过传输信道连接；所述发送装置，用于预先选择三组测量基，并从三组测量基中选择任意一组测量基作为信号测量基，将另外两组测量基作为诱骗测量基；根据预设的概率从所述三组测量基中选择一组测量基；当所选择的测量基为诱骗测量基时，发送装置随机向所述接收装置发送所选择的诱骗测量基的预设的第一本征态或与该预设第一本征态对应的诱骗态；当所选择的测量基为信号测量基时，发送装置随机向所述接收装置发送所述信号测量基的任意一个本征态或与本征态对应的任意一个诱骗态；将所发送的各个量子态的测量基信息以及所发送的诱骗态的信息发送给接收装置；还还用于根据所发送或接收到的测量基信息以及诱骗态的信息进行参数估计，得到误码率；当误码率不大于预设阈值时，进行纠错并进行隐私放大，得到密钥；所述接收装置，用于随机使用所述三组测量基中的一组测量基对所接收的量子态进行测量，得到测量结果；将对所接收的量子态所使用的测量基信息发送给发送装置；并根据测量结果和接收到的测量基信息以及诱骗态的信息进行参数估计，得到误码率；当误码率不大于预设阈值时，进行纠错并进行隐私放大，得到密钥。较佳的，所述传输信道为光纤或自由空间。本专利技术中还提供了一种诱骗态量子密钥分发方法，该方法包括如下步骤：预先选择三组测量基，并从三组测量基中选择任意一组测量基作为信号测量基，将另外两组测量基作为诱骗测量基；发送装置根据预设的选择概率从所述三组测量基中选择一组测量基；当所选择的测量基为诱骗测量基时，发送装置发送预设的与所选择的诱骗测量基对应的诱骗态；当所选择的测量基为信号测量基时，发送装置根据预设的发送概率发送所述信号测量基的任意一个本征态或与本征态对应的任意一个诱骗态；接收装置随机使用所述三组测量基中的一组测量基对所接收的量子态进行测量，得到测量结果；发送装置将所发送的各个量子态的测量基信息以及所发送的诱骗态的信息发送给接收装置；或者，接收装置将对所接收的量子态所使用的测量基信息发送给发送装置；发送装置和接收装置进行参数估计，得到误码率；如果误码率大于预设阈值则终止整个流程；否则，发送装置和接收装置进行纠错，发送装置和接收装置进行隐私放大，得到密钥。较佳的，所述预先选择的三组测量基为：X基、Y基和Z基三组测量基。较佳的，将Z基作为信号测量基，将X基和Y基作为诱骗测量基；较佳的，所述发送装置根据预设的概率从所述三组测量基中选择一组测量基为：发送装置随机地从所述三组测量基中选择一组测量基。较佳的，所述发送装置根据预设的概率从所述三组测量基中选择一组测量基为：发送装置以大于1/3的概率从所述三组测量基中选择信号测量基作为当前测量基；发送装置以小于2/3的概率从所述三组测量基中选择诱骗测量基作为当前测量基。较佳的，当发送装置随机所选择的测量基为X基时，发送装置发送|+>诱骗态；当发送装置随机所选择的测量基为Y基时，发送装置发送|+i>诱骗态；当发送装置随机所选择的测量基为Z基时，发送装置随机发送|0>、|1>、|0>诱骗态或|1>诱骗态。较佳的，当发送装置随机所选择的测量基为X基时，发送装置发送|->诱骗态；当发送装置随机所选择的测量基为Y基时，发送装置发送|-i>诱骗态；当发送装置随机所选择的测量基为Z基时，发送装置随机发送|0>、|1>、|0>诱骗态或|1>诱骗态。由上述技术方案可见，在本专利技术的诱骗态量子密钥分发系统及方法中，使用了三组测量基，并从三组测量基中选择了一组测量基作为信号测量基，而将另外两组诱骗测量基，并且在发送装置发送量子态，仅发送诱骗测量基中的一种本征态或一种诱骗态，因此在本专利技术的技术方案中，仅需使用三组测量基中的6种信号态(而不是全部的12种信号态)即可实现量子密钥的安全分发，从而在提高量子密钥分发系统的成码率的同时，大大减少了所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种诱骗态量子密钥分发系统，其特征在于，该系统包括：发送装置和接收装置；所述发送装置和接收装置通过传输信道连接；所述发送装置，用于预先选择三组测量基，并从三组测量基中选择任意一组测量基作为信号测量基，将另外两组测量基作为诱骗测量基；根据预设的概率从所述三组测量基中选择一组测量基；当所选择的测量基为诱骗测量基时，发送装置随机向所述接收装置发送所选择的诱骗测量基的预设的第一本征态或与该预设第一本征态对应的诱骗态；当所选择的测量基为信号测量基时，发送装置随机向所述接收装置发送所述信号测量基的任意一个本征态或与本征态对应的任意一个诱骗态；将所发送的各个量子态的测量基信息以及所发送的诱骗态的信息发送给接收装置；还用于根据所发送或接收到的测量基信息以及诱骗态的信息进行参数估计，得到误码率；当误码率不大于预设阈值时，进行纠错并进行隐私放大，得到密钥；所述接收装置，用于随机使用所述三组测量基中的一组测量基对所接收的量子态进行测量，得到测量结果；将对所接收的量子态所使用的测量基信息发送给发送装置；并根据测量结果和接收到的测量基信息以及诱骗态的信息进行参数估计，得到误码率；当误码率不大于预设阈值时，进行纠错并进行隐私放大，得到密钥。...

【技术特征摘要】
1.一种诱骗态量子密钥分发系统，其特征在于，该系统包括：发送装置和接收装置；所述发送装置和接收装置通过传输信道连接；所述发送装置，用于预先选择三组测量基，并从三组测量基中选择任意一组测量基作为信号测量基，将另外两组测量基作为诱骗测量基；根据预设的概率从所述三组测量基中选择一组测量基；当所选择的测量基为诱骗测量基时，发送装置随机向所述接收装置发送所选择的诱骗测量基的预设的第一本征态或与该预设第一本征态对应的诱骗态；当所选择的测量基为信号测量基时，发送装置随机向所述接收装置发送所述信号测量基的任意一个本征态或与本征态对应的任意一个诱骗态；将所发送的各个量子态的测量基信息以及所发送的诱骗态的信息发送给接收装置；还用于根据所发送或接收到的测量基信息以及诱骗态的信息进行参数估计，得到误码率；当误码率不大于预设阈值时，进行纠错并进行隐私放大，得到密钥；所述接收装置，用于随机使用所述三组测量基中的一组测量基对所接收的量子态进行测量，得到测量结果；将对所接收的量子态所使用的测量基信息发送给发送装置；并根据测量结果和接收到的测量基信息以及诱骗态的信息进行参数估计，得到误码率；当误码率不大于预设阈值时，进行纠错并进行隐私放大，得到密钥。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传输信道为光纤或自由空间。3.一种诱骗态量子密钥分发方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：预先选择三组测量基，并从三组测量基中选择任意一组测量基作为信号测量基，将另外两组测量基作为诱骗测量基；发送装置根据预设的选择概率从所述三组测量基中选择一组测量基；当所选择的测量基为诱骗测量基时，发送装置发送预设的与所选择的诱骗测量基对应的诱骗态；当所选择的测量基为信号测量基时，发送装置根据预设的发送概率发送所述信号测量基的任意一个本征态或与本征态对应的任意一个诱骗态；接收装置随机使用所述三组测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：马雄峰，袁骁，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11