基于Bell态的三方量子密钥协商

提出了基于两粒子纠缠态的一个三方量子密钥协商协议. 方案中的三个参与者是完全对等的, 且对建立的共享密钥具有相同的贡献. 除此之外, 三方中的任何一方或两方都不能事先单独决定共享密钥. 安全分析表明本协议既能抵抗外部窃听者的攻击, 又能抵抗内部参与者攻击. 关键词： 量子密码学 量子密钥协商 Bell态     

基于GHZ态的三方量子确定性密钥分配协议

基于连续变量GHZ态的纠缠特性,提出一种三方量子确定性密钥分配协议,其中密钥由GHZ态的振幅产生,而相位可以用来验证信道的安全性.现有的量子确定性密钥分配协议一次只能向一个接收方传送密钥,现实生活中经常要向多个接收方发送确定性密钥.信息论分析结果表明,当信道传输效率大于0.5时,该协议可以同时向两个接收方安全传送确定性密钥,制备多重纠缠态后,该协议还能够扩展成多方量子确定性密钥分配协议,这极大提高了密钥的整体传送效率,而且连续变量量子GHZ态信道容量较高,因此该协议具有重要的现实意义.     

基于高维单粒子态的双向半量子安全直接通信协议

本文设计了一个基于高维单粒子态的双向半量子安全直接通信协议,该协议包括量子方Alice和经典方Bob,每个参与方可以同时接收和发送秘密信息.协议中的经典方Bob无需具备量子态检测能力,因此该协议在现有技术条件下更易实现.安全性分析表明:在不被合法通信者发现的情况下,截获重发、测量重发、篡改攻击以及纠缠攻击等常见攻击手段均无法获取秘密信息.此外,该协议利用高维单粒子态作为信息传输的载体,这有效提高了秘密信息的传输效率.     

50 km无特征源的测量设备无关量子密钥分发实验

测量设备无关量子密钥分发协议可以免疫所有测量端的漏洞，极大地推进量子保密通信的实用化进程。美中不足的是，该协议依然对源端有极强的安全性假设。源端设备的非完美性同样会留下多种侧信道，从而威胁系统的实际安全性。针对此问题，提出无特征源测量设备无关量子密钥分发协议。该协议在量子态制备不完美的情况下依然可以提取出安全的密钥，是理论无条件安全性与实际安全性的完美结合。通过三强度诱骗态方法以及自行研制的Sagnac-Asymmetric-Mach-Zehnder编码结构，成功搭建无特征源的测量设备无关量子密钥分发系统，并在长为50.4 km的光纤信道和25 MHz的系统重复频率下达到1.91×10^-6的安全密钥分发速率。     

基于量子存储的长距离测量设备无关量子密钥分配研究

针对量子中继器短时间内难以应用于长距离量子密钥分配系统的问题, 提出了基于量子存储的长距离测量设备无关量子密钥分配协议, 分析了其密钥生成率与存储效率、信道传输效率和安全传输距离等参数间的关系, 研究了该协议中量子存储单元的退相干效应对最终密钥生成率的影响, 比较了经典测量设备无关量子密钥分配协议和基于量子存储的测量设备无关量子密钥分配协议的密钥生成率与安全传输距离的关系. 仿真结果表明, 添加量子存储单元后, 协议的安全传输距离由无量子存储的216 km增加至500 km, 且量子存储退相干效应带来的误码对最终的密钥生成率影响较小. 实验中可以采取调节信号光强度的方式提高测量设备无关量子密钥分配系统的密钥生成率, 为实用量子密钥分配实验提供了重要的理论参数.     

量子密钥分发中Cascade协议的一种改进方案

密钥协商是量子密钥分发(QKD)中的重要组成部分.Cascade协议是实际中使用最广泛的量子密钥协商协议.本文基于[6]的工作提出一种对Cascade协议的改进方案.计算机仿真显示我们的方案比原始Cascade和一些其它改进方案有更高的效率.     

基于GHZ态的身份认证与密钥分配方案

在量子密钥分配协议中存在这样一个基本假设,即攻击者不能同时获得量子信道和经典信道上的信息;为解决这一假设性难题,对量子的纠缠特性进行了研究,提出一种基于GHZ三重态的身份认证与密钥分配方案,该方案在建立一次量子信道后利用GHZ三粒子的关联性实现通信双方与仲裁第三方三者之间的身份认证,然后利用远程传态实现通信密钥分配以及新认证密钥的分配,确保通信方身份不可伪造与通信信息安全,最后结合常见的攻击方式论证了该方案的安全性。     

基于旋转不变态的测量设备无关量子密钥分配协议研究

本文提出了一种基于旋转不变态的偏振无关测量设备量子密钥分配协议,既适用于偏振编码测量设备无关量子密钥分配系统,也应用于相位编码测量设备无关量子密钥分配系统的相干过程.通过在线偏振基进入信道传输前嵌入2块q玻片,使得在传输过程中将线偏振基转化为旋转不变的圆偏振基,而第三方对接收到的脉冲进行Bell态测量前,利用q玻片的算符可逆性,将圆偏振基还原为线偏振基进行测量,可以有效消除信道传输中偏振旋转导致的误码.本文分析了偏振无关的三诱骗态测量设备无关量子密钥分配系统的误码率,研究了密钥生成率与安全传输距离的关系,仿真结果表明,对于偏振编码测量设备无关量子密钥分配系统,该协议可以有效提高系统的最大安全通信距离,为实用的量子密钥分配实验提供了重要的理论参数.     

基于非正交态的量子密钥验证方案

研究了量子密钥分发的验证问题,并利用非正交量子态设计了一个协议,该协议既能分发量子密钥,又能验证所分发的量子密钥的真实性,从而防止了以往所提出协议中可能存在的假冒问题 关键词： 量子密钥验证 量子密码 量子物理 密码学     

基于四态协议的半量子密钥分发诱骗态模型的有限码长分析

半量子密钥分发允许一个全量子用户Alice和一个经典用户Bob共享一对由物理原理保障的安全密钥.在半量子密钥分发被提出的同时其鲁棒性获得了证明,随后半量子密钥分发系统的无条件安全性被理论验证. 2021年基于镜像协议的半量子密钥分发系统的可行性被实验验证.然而,可行性实验系统仍旧采用强衰减的激光脉冲,已有文献证明,半量子密钥分发系统在受到光子数分裂攻击时仍旧面临密钥比特泄露的风险,因此,在密钥分发过程中引入诱骗态并且进行有限码长分析,可以进一步合理评估密钥分发的实际安全性.本文基于四态协议的半量子密钥分发系统,针对仅在发送端Alice处加入单诱骗态的模型,利用Hoeffding不等式进行了有限码长情况的安全密钥长度分析,进而求得安全密钥率公式,其数值模拟结果表明,当选择样本量大小为10⁵时,能够在近距离情况下获得10^-4bit/s安全密钥速率,与渐近情况下的安全密钥率相近,这对半量子密钥分发系统的实际应用具有非常重要的意义.     

基于三粒子W态的身份认证

无认证中心的认证协议一般由通信双方相互认证.事先共享纠缠态或身份密钥,结构简单,但不适于扩展成通信网络.通过引入可信第三方认证中心,并利用三粒子W纠缠态的稳健性,提出了一个基于W态的身份认证协议,使得合法通信用户可以在认证中心的协助下进行安全身份认证,身份认证的同时即完成了纠缠粒子的分发.认证完成后,合法通信用户可安全共享EPR纠缠态并在第三方的控制下进行量子直传通信.针对窃听者常用攻击手段进行了安全性分析,结果表明在身份认证过程中可以有效的抵御伪装攻击,截取重发攻击与纠缠攻击等.基于第三方的通信结构具有可扩展性、实用性和受控性.     

复合量子密钥分发系统双速协议及其安全性分析

基于真空光速c是极限信号速度这一基本假设,提出了复合量子密钥分发(QKD)系统和双速协议,并证明双速协议的安全性与原BB84协议的安全性相同.结果表明,双速协议在将量子密钥生成效率从50%提高到100%的同时,还降低了窃听者Eve可能得到的信息量.双速协议由于打破了公开讨论之前Bob和Eve的对等地位,使QKD在概念上有了明显的改进,使协议基的选择空间有了本质性的扩充.具体给出了三个双速协议的实例,并详细分析了它们在截取重发攻击下的安全性 关键词： 量子密码 光纤量子密钥分发 双速协议     

基于量子远程通信的连续变量量子确定性密钥分配协议

基于量子远程通信的原理, 本文借助双模压缩真空态和相干态, 提出一种连续变量量子确定性密钥分配协议. 在利用零差探测法的情况下协议的传输效率达到了100%. 从信息论的角度分析了协议的安全性, 结果表明该协议可以安全传送预先确定的密钥. 在密钥管理中, 量子确定性密钥分配协议具有量子随机性密钥分配协议不可替代的重要地位和作用. 与离散变量量子确定性密钥分配协议相比, 该协议分发密钥的速率和效率更高, 又协议中用到的连续变量量子态易于产生和操控、适于远距离传输, 因此该协议更具有实际意义.     

基于随机相位编码的确定性量子密钥分配

提出一种新的随机相位编码的确定性量子密钥分配(QKD)方案.在该方案中，通信双方不需要公布测量基，就可以共享秘密信息，提高了密钥生成效率.因为传输的量子比特是随机编码的，即便光源非严格为单光子，该方案仍旧是安全的.理论分析显示出，对于光子数分裂攻击，中间人攻击和特洛伊木马等攻击手段，本方案比之前的QKD方案具有更强的安全性.     

基于光子轨道角动量的密码通信方案研究

设计了一个基于两个正交的光子轨道角动量态的量子密码通信方案.在该方案中,Alice使用具有独特设计的激光器,随机发送有确定轨道角动量的光子;Bob采用由两个达夫棱镜组成的光束旋转器,对光子的轨道角动量态进行测量.对系统安全性的讨论表明,Eve采用截获重发、攻击单臂等攻击手段,其窃听行为都会被发现.理论证明,该方案不需要通信双方实时监测和调整参考系,同时避免了BB84,B92协议因发送基和测量基不一致而丢弃一半信息的问题,从而提高了密钥生成效率. 关键词： 量子保密通信 轨道角动量     

多方控制的量子安全直接通信协议的分析及改进

对一种多方控制的量子安全直接通信协议(WCZT协议)进行了安全性分析,并利用隐形传态给出了一种新的攻击方法.利用该攻击方法,接收方可以在没有征得任何控制方同意的情况下获得发送方的消息,因此该协议是不安全的.对该协议进行了改进,分析表明改进后的协议能够抵抗这种攻击,可以满足多方控制的量子安全直接通信的目的. 关键词： 隐形传态 单光子 多方控制 量子安全直接通信     

基于条件参量下转换光子对的非正交编码诱惑态量子密钥分发

诱惑态方法和非正交编码协议可以有效的抵制光子数分束攻击,所以近来得到了广泛的关注.这里结合了这两种方法提出了一种新方案,光源采用呈泊松分布的参量下转换光子对,发送方随机的改变抽运光的强度获得不同强度的信号光,信号态用来产生密钥,诱惑态用来监测窃听,并估算单光子和两光子的计数率和量子误码率,模拟了密钥产生率与传输距离的关系曲线,分析了该方案可以进一步提高安全量子密钥分发的性能.     

基于二进制均匀调制相干态的量子密钥分发方案

提出了一种基于二进制均匀调制相干态的量子密钥分发方案. 相对于高斯调制相干态量子密钥分发方案中的高斯信源,二进制信源是最简单的信源,二进制调制是目前数字光纤通信中最普遍的调制方式,技术上容易实现. 采用Shannon信息论分析了该协议抵抗光束分离攻击的能力,得到秘密信息速率与调制参数、解调参数以及信道参数之间的解析表达式. 关键词： 量子密钥分发 二进制调制 光束分离攻击     

基于泊松分布单光子源的量子误码率的分析

在自由空间量子密钥分配中,单光子源采用具有泊松分布的高度衰减激光脉冲,量子密码术协议采用BB84和B92协议。通过引入量子信道传输率、单光子捕获概率、测量因子和数据筛选因子,建立了量子误码率理论模型,给出了量子误码率的表达式。对于自由空间量子信道,引起量子误码率的主要因素是光学元件、探测器暗噪声和空间光学环境,并对这些因素进行了分析。针对低轨卫星_地面站间链路,进行了量子误码率的数值仿真研究。结果表明,在低轨卫星_地面站间进行量子密钥分配是可行的,限制自由空间量子密钥分配链路距离的主要因素是探测器暗噪声和空间光学环境。     

B92量子密钥分配协议的变形及其无条件安全性证明

分析了Shor和Preskill证明BB84量子密钥分配协议无条件安全性的方法,指出不能用ShorPreskill方法直接证明B92量子密钥分配协议的无条件安全性。同时借鉴ShorPreskill方法,引入一种将B92协议转化为BB84协议的变换,通过证明该变换过程不会泄漏密钥信息给窃听者,以此证明B92协议的无条件安全性.也解决了Lo等人提出的关于用ShorPreskill方法证明B92协议的困难 关键词： B92协议 CSS码 量子密钥分配 量子信息