一种非对称的相干检测量子会议密钥协商方法及系统技术方案

本发明专利技术提出一种非对称的相干检测量子会议密钥协商方法及系统，该方法实施在参与密钥协商的两个发送端到接收端之间的信道为非对称信道的场景下。本发明专利技术提出非对称情况下的新的成码率计算方式以及安全性证明，实现了非对称情况下两个发送方和一个接收方间无条件安全的会议密钥共享，保证了在发送源以及信道非对称的情况下多方间密钥的安全共享。在非对称的传输情况下，本发明专利技术中会议密钥的成码率和传播距离较现有会议密钥协商方案均有所提升，相较于现有会议密钥协商方案中成码率随信道传输率呈线性递减的情况，本发明专利技术实现了成码率随信道传输率呈平方根线性递减。信道传输率呈平方根线性递减。信道传输率呈平方根线性递减。

【技术实现步骤摘要】
一种非对称的相干检测量子会议密钥协商方法及系统


[0001]本专利技术涉及量子通信
，具体涉及一种非对称的相干检测量子会议密钥协商方法及系统。

技术介绍

[0002]量子密钥分发(QKD)，不论是在理论上还是实验上，都是量子信息中最成熟的领域。随着量子计算的不断发展，传统密码学依赖于算法计算复杂度进行的加密编码面临安全危机，而量子密钥分发由其量子力学特性保证了两个用户间密钥分发的无条件安全，在量子通信领域以及其他众多领域具有广泛的应用前景。
[0003]而相比于在双方之间建立安全密钥共享的量子密钥分发，面对如多方网络会谈等的更多应用需求，未来的量子网络期待能够被应用于向多用户的任意组合提供多方间的长距离量子密钥共享，此时，就将依靠会议密钥共享(Conference KeyAgreement)来实现多用户间的安全密钥共享。
[0004]已有的量子会议密钥协商依据其利用的量子资源分为多种解决方案，有通过分发多粒子纠缠态实现的GHZ(Greenberger
–
Horne
–
Zeilinger)态量子会议密钥协商，或者通过高斯态等实现的基于连续变量的量子会议密钥协商等等。但是类似上述的协议对实际实验的条件要求较高，实现难度较大，有些安全性证明仍然太抽象导致无法实现实际的系统，或者所要求的过于严格的条件下由于器件的不完善也将导致实际系统的实现可能存在安全缺陷，因此，在目前的实验水平下，现有的方案往往面临实用性较低的问题。
[0005]为克服上述技术问题，专利CN202010930920.9中提出一种基于相干检测的量子会议密钥协商方法及系统，该方案在实现了三方之间无条件安全的密钥共享的同时，打破了量子链路传输能力的线性限制，提高传输距离至500公里以上。
[0006]但是，该专利中对于安全性的考虑为对称情况下的信号源和信道的安全性分析，而实际应用中，由于设备的不完美性、窃听者的攻击行为以及实际搭建传输网络时特定的选址位置等原因，信号传输的信道往往是非对称的，因此对于系统的安全性分析将不可避免需要对非对称信道下的情况进行分析，并在非对称信道的情况下考虑实际实验装置的优化。

技术实现思路

[0007]专利技术目的：本专利技术旨在克服专利CN202010930920.9的缺陷，提出一种非对称的相干检测量子会议密钥协商方法及系统，实现了信道非对称情况下的密钥传输，并在非对称情况下获得了更高的成码率与更远的传输距离。
[0008]技术方案：为实现上述目的，本专利技术提出的技术方案为：
[0009]一种非对称的相干检测量子会议密钥协商方法，参与密钥协商的两个发送端到接收端之间的信道为非对称信道，该方法包括以下步骤：
[0010](1)发送端一向接收端发送信号光A，同时，发送端二向接收端发送信号光B；所述
两束信号光中，信号态分布概率为t，真空态分布概率为1
‑
t，且信号光A中的信号态与信号光B中的信号态光强一致；信号光B到达接收端的时间滞后信号光A半个周期T；
[0011](2)发送端一将发送结果映射为逻辑比特，得到发送端一的初始密钥；发送端二先将发送结果映射为逻辑比特，再将逻辑比特中的0和1翻转，得到发送端二的初始密钥；
[0012](3)接收端将非对称信道中较短的一侧信道进行延长，使之与较长一侧信道的长度相等；然后将信号光A和信号光B分别分为第一分束光和第二分束光；然后对信号光A的第一分束光和信号光B的第一分束光进行时间基矢测量，同时，将信号光A的第二分束光和信号光B的第二分束光输入上下臂之间存在半个周期T延时差的马赫
‑
曾德尔干涉仪进行干涉，并在马赫
‑
曾德尔干涉仪输出端进行干涉基矢测量；
[0013](4)去掉两种基矢下都有响应的测量数据，保留剩余数据作为有效测量数据；根据有效测量数据中干涉基矢的测量结果计算用于表示可能泄露的最大信息量的可见度并由此与时间基矢测量结果共同估计成码率，根据有效测量数据中时间基矢的测量结果生成接收端初始密钥；然后接收端公布时间基矢下的部分时刻，发送端一、发送端二和接收端分别公布本端初始密钥中相应时刻的逻辑比特，以计算错误率；
[0014](5)在错误率和成码率满足预设条件的前提下，发送端一、发送端二和接收端进行纠错、错误验证和隐私放大，提取出最终的三方量子会议密钥。
[0015]针对所述方法，以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
[0016]可选的，所述接收端初始密钥的生成方法包括以下步骤：
[0017]接收端以接收到的连续两个脉冲为一组进行编码：
[0018]若前一个脉冲有响应，后一个脉冲无响应，则取逻辑比特值1；
[0019]若前一个脉冲无响应，后一个脉冲有响应，则取逻辑比特值0；
[0020]若同一组两个脉冲都有响应，则随机选取逻辑比特值0或者1。
[0021]可选的，所述成码率的计算步骤包括：
[0022]接收端公布探测到响应的时刻和对应的测量基矢，两个发送端分别公布干涉基矢下探测器每次响应时刻t、前一时刻t
‑
1和后一时刻t+1本端发送的信号光的光强信息，当出现两个发送端在同一时刻分别发送不为真空态的信号态，或两个发送端先后分别发送不为真空态的信号态时，记录响应时刻t干涉基矢下，在马赫
‑
曾德尔干涉仪两个输出端探测到的响应情况：
[0023]记(2k+1)T时刻在马赫
‑
曾德尔干涉仪第一输出端探测到响应和2kT时刻在马赫
‑
曾德尔干涉仪第二输出端探测到响应的总次数为P
T
；
[0024]记(2k+1)T时刻在马赫
‑
曾德尔干涉仪第二输出端探测到响应和2kT时刻探在马赫
‑
曾德尔干涉仪第一输出端探测到响应的总次数为P
F
；
[0025]k为整数，且k≥0；
[0026]计算可见度V为：
[0027]根据可见度计算成码率R：
[0028][0029][0030][0031]其中，表示时间基矢探测中测得发送端一发送真空态且发送端二发送相干态情况下探测器的增益，表示时间基矢探测中测得发送端二发送真空态且发送端一发送相干态情况下探测器的增益，χ
BE
为信息在发送端到接收端的传播过程中可能泄露的信息的最大占比，μ表示信号态对应的光强，E
T
表示时间基矢的错误率；Q
u
fh(E
μ
)表示纠错部分，其中，E
μ
为两个发送端与接收端之间的错误率的最大值；f表示纠错效率，h(x)表示香农熵计算函数。
[0032]另外，本专利技术还提出一种非对称的相干检测量子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非对称的相干检测量子会议密钥协商方法，其特征在于，参与密钥协商的两个发送端到接收端之间的信道为非对称信道，该方法包括以下步骤：(1)发送端一向接收端发送信号光A，同时，发送端二向接收端发送信号光B；所述两束信号光中，信号态分布概率为t，真空态分布概率为1
‑
t，且信号光A中的信号态与信号光B中的信号态光强一致；信号光B到达接收端的时间滞后信号光A半个周期T；(2)发送端一将发送结果映射为逻辑比特，得到发送端一的初始密钥；发送端二先将发送结果映射为逻辑比特，再将逻辑比特中的0和1翻转，得到发送端二的初始密钥；(3)接收端将非对称信道中较短的一侧信道进行延长，使之与较长一侧信道的长度相等；然后将信号光A和信号光B分别分为第一分束光和第二分束光；然后对信号光A的第一分束光和信号光B的第一分束光进行时间基矢测量，同时，将信号光A的第二分束光和信号光B的第二分束光输入上下臂之间存在半个周期T延时差的马赫
‑
曾德尔干涉仪进行干涉，并在马赫
‑
曾德尔干涉仪输出端进行干涉基矢测量；(4)去掉两种基矢下都有响应的测量数据，保留剩余数据作为有效测量数据；根据有效测量数据中干涉基矢的测量结果计算用于表示可能泄露的最大信息量的可见度并由此与时间基矢测量结果共同估计成码率，根据有效测量数据中时间基矢的测量结果生成接收端初始密钥；然后接收端公布时间基矢下的部分时刻，发送端一、发送端二和接收端分别公布本端初始密钥中相应时刻的逻辑比特，以计算错误率；(5)在错误率和成码率满足预设条件的前提下，发送端一、发送端二和接收端进行纠错、错误验证和隐私放大，提取出最终的三方量子会议密钥。2.根据权利要求1所述的非对称的相干检测量子会议密钥协商方法，其特征在于，所述接收端初始密钥的生成方法包括以下步骤：接收端以接收到的连续两个脉冲为一组进行编码：若前一个脉冲有响应，后一个脉冲无响应，则取逻辑比特值1；若前一个脉冲无响应，后一个脉冲有响应，则取逻辑比特值0；若同一组两个脉冲都有响应，则随机选取逻辑比特值0或者1。3.根据权利要求1所述的非对称的相干检测量子会议密钥协商方法，其特征在于，所述成码率的计算步骤包括：接收端公布探测到响应的时刻和对应的测量基矢，两个发送端分别公布干涉基矢下探测器每次响应时刻t、前一时刻t
‑
1和后一时刻t+1本端发送的信号光的光强信息，当出现两个发送端在同一时刻分别发送不为真空态的信号态，或两个发送端先后分别发送不为真空态的信号态时，记录响应时刻t干涉基矢下，在马赫
‑
曾德尔干涉仪两个输出端探测到的响应情况：记(2k+1)T时刻在马赫
‑
曾德尔干涉仪第一输出端探测到响应和2kT时刻在马赫
‑
曾德尔干涉仪第二输出端探测到响应的总次数为P
T
；记(2k+1)T时刻在马赫
‑
曾德尔干涉仪第二输出端探测到响应和2kT时刻探在马赫
‑
曾德尔干涉仪第一输出端探测到响应的总次数为P
F
；k为整数，且k≥0；计算可见度V为：
根据可见度计算成码率R：根据可见度计算成码率R：根据可见度计算成码率R：其中，表示时间基矢探测中测得发送端一发送真空态且发送端二发送相干态情况下探测器的增益，表示时间基矢探测中测得发送端二发送真空态且发送端一发送相干态情况下探测器的增益，χ
BE
为信息在发送端到接收端的传播过程中可能泄露的信息的最大占比，μ表示信号态对应的光强，E
T
表示时间基矢的错误率；...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹华磊，高睿琪，陈增兵，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：