基于BB84协议的实际QKD系统的窃听问题研究

基于实际量子密钥分配系统中所使用的强衰减的激光脉冲并不是单光子,量子密钥分配的信道不是无损耗的,窃听者的技术能力也不是无限的这些具体问题,采用了分束窃听与截获重发窃听策略相结合的方案讨论了窃听问题并给出了合法用户在筛选后的密钥中所能容忍的误码率上限.     

QKD扩展BB84协议的Breidbart基窃听问题

给出了六态扩展BB84协议的Breidbart基窃听方案,分析并计算了各种截取重发策略下的AliceEve平均交互信息量和施行QKD标准纠错手续后的有效平均交互信息量,结果显示Breidbart基窃听Breidbart基重发策略(BB策略)最为有效.考虑到Alice和Bob可以在公开讨论阶段利用废弃数据检验是否存在BB窃听以降低秘密性增强算法的强度,减少量子密钥的损失,提出了修改BB84协议的建议.给出了可能较QKD标准纠错手续更为安全的量子密钥二次生成纠错方法 关键词： 量子密码 BB84协议 Breidbart基窃听     

QKD系统在Breidbart基窃听下BB84协议的信息量研究

给出了BB84协议的Breidbart基窃听的方案,分析并计算了各种截取/重发策略下施行QKD标准纠错手续后Alice/Eve的有效平均交互信息量和对Bob引起的错误率.结果显示了Breidbart基窃听/Breidbart基重发策略(B/B策略)最为有效,并提出了各种窃听方案下Alice和 Bob采取相应的反攻击策略.     

基于弱相干光的实际QKD系统的安全性研究

实际量子密钥分发系统使用的单光子源主要是由弱激光脉冲经衰减得到。它不是理想单光子源而是服从泊松分布的准单光子源。每个非空光脉冲中包含多光子的概率不为零,强大的窃听者可利用此获得一些关于最终密钥的信息。因此,有必要研究实际QKD系统的安全性。采用对多光子进行分束窃听、单光子最佳攻击相结合的方案,用Shannon信息理论分析了基于弱相干光的实际QKD系统的安全性。研究结果表明实际QKD系统对于分束窃听和最佳攻击是安全的,并给出合法通信双方在该攻击方案下所容忍的误码率上限。     

基于伪态协议的量子密钥分配系统研究

采用包含两个伪态和一个信号态的双伪态协议分析了量子密钥分配系统的性能,比较了双伪态（真空态—弱伪态）和单伪态协议条件下密钥生成率与通信距离的关系,分析了信号态的强度、量子比特误码率、单光子的增益和单光子的误码率对系统密钥生成率的影响,得出密钥生成率的最优化条件,为实现实用安全的量子密钥分配系统奠定理论基础. 关键词： 伪态协议 量子密钥生成率 量子比特误码率     

诱惑态量子密钥分配系统中统计涨落的研究

针对实用的量子密钥分配(QKD)系统是基于强衰减的弱激光脉冲作为单光子源, 光子数分束攻击极大限制了通信双方在非理想条件下QKD的传输距离和密钥生成率,采用大数定律对诱惑态协议中单光子的计数率、单光子增益和误码率分别进行统计涨落分析, 利用双诱惑态比较了1310 nm和1550 nm条件下,编码脉冲的长度为(N = 10⁶-N = 10¹²)实际QKD协议中密钥的生成率与安全传输距离之间的关系、安全传输距离随编码长度的变化的关系, 得出脉冲编码长度增大到N = 10¹²时,密钥的最大安全传输距离为135 km.     

基于实用光源的诱惑态量子密钥分配研究

文章通过比较主动诱惑态和被动诱惑态的特性,假设所有可测量都围绕渐近值上下波动,得到相应变量的偏离量,采用标准误差法分析实用光源条件下,有限脉冲数编码对密钥生成率和传输距离的影响,比较了主动诱惑态、被动诱惑态 、无限长时间极限情况和不同量子效率条件下密钥生成率随传输距离的变化关系,为实用的量子密钥分配实验提供了重要的理论参数. 关键词： 诱惑态 量子密钥分配 统计涨落     

实际QKD系统误码检测的检错比特数研究

在量子密钥分发协议中,需要消耗一定的比特用于误码检测.研究实际QKD系统中用于检测量子误码率的检测比特数,得到了误码率、允许误差、漏检率和最少检测比特数之间的关系;分析了实际QKD系统中所需要的检测比特数.研究结果表明,实际QKD系统中,用于误码检测的检测比特数为2 760时就可以估算量子误码率.     

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.     

基于相位调制偏振态QKD系统的量子信道校正发送方案

提出了一种基于相位调制偏振态QKD系统的量子信道校正发送的新方案—采用波导型相位调制器研制成电控连续可调光学相移器,它可随相位调制器输入电压的连续改变而产生连续的相移,从而控制输出的偏振态;在其前放置一个半波片,即可校正接收端偏振态量子态在信道中所发生的改变,从而保证信道传送密钥的可用性.通过理论推导和实验研究验证了基于相位调制偏振态QKD系统的量子信道校正发送方案的核心部件的可行性.由于本方案能实现高速调制（GHz）,为解决光纤传输的偏振编码QKD系统中偏振态漂移问题提供了一种新的途径.     

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     

Effect of electromagnetic disturbance on the practical QKD system in the smart grid

To improve the security of the smart grid, quantum key distribution（QKD） is an excellent choice. The rapid fluctuations on the power aerial optical cable and electromagnetic disturbance in substations are two main challenges for implementation of QKD. Due to insensitivity to birefringence of the channel, the stable phase-coding Faraday–Michelson QKD system is very practical in the smart grid. However, the electromagnetic disturbance in substations on this practical QKD system should be considered. The disturbance might change the rotation angle of the Faraday mirror, and would introduce an additional quantum bit error rate（QBER）. We derive the new fringe visibility of the system and the additional QBER from the electromagnetic disturbance. In the worst case, the average additional QBER only increases about 0.17% due to the disturbance, which is relatively small to normal QBER values. We also find the way to degrade the electromagnetic disturbance on the QKD system.     

高稳定的差分相位编码量子密钥分发系统

在差分法基础上提出了一种改进的差分相位编码量子密钥分发(QKD)方案.Alice采用脉冲激光光源,通过两个串联光纤延迟环产生四个均匀的相干脉冲，并对脉冲进行差分调制，补偿了传输过程中环境对偏振的扰动.Bob采用双FM干涉仪,在窄脉冲门控模式下进行单光子探测.单程传输避免了木马攻击，增强了方案的安全性.实验结果表明，系统可以长期稳定运转(大于24h)，误码率为3％.改进的系统具有高效、稳定、低成本的优点，实施方便，有很好的实用价值. 关键词： 量子保密通信 量子密钥分发 差分相位编码     

Qubit-Based Clock Synchronization for QKD Systems Using a Bayesian Approach

Quantum key distribution (QKD) systems provide a method for two users to exchange a provably secure key. Synchronizing the users’ clocks is an essential step before a secure key can be distilled. Qubit-based synchronization protocols directly use the transmitted quantum states to achieve synchronization and thus avoid the need for additional classical synchronization hardware. Previous qubit-based synchronization protocols sacrifice secure key either directly or indirectly, and all known qubit-based synchronization protocols do not efficiently use all publicly available information published by the users. Here, we introduce a Bayesian probabilistic algorithm that incorporates all published information to efficiently find the clock offset without sacrificing any secure key. Additionally, the output of the algorithm is a probability, which allows us to quantify our confidence in the synchronization. For demonstration purposes, we present a model system with accompanying simulations of an efficient three-state BB84 prepare-and-measure protocol with decoy states. We use our algorithm to exploit the correlations between Alice’s published basis and mean photon number choices and Bob’s measurement outcomes to probabilistically determine the most likely clock offset. We find that we can achieve a 95 percent synchronization confidence in only 4140 communication bin widths, meaning we can tolerate clock drift approaching 1 part in 4140 in this example when simulating this system with a dark count probability per communication bin width of 8×10−4 and a received mean photon number of 0.01.     

运行双协议相位调制的量子密钥分发系统

基于差分编码方式提出一种改进方案.在Alice端用光纤马赫-曾德干涉仪产生双脉冲差分信号；在Bob端，用双法拉第反射式麦克尔逊干涉仪代替光纤马赫-曾德干涉仪，这种干涉仪能自动补偿环境引起的偏振抖动和光纤双折射引起的相位漂移，从而提高系统稳定性.双协议(即双脉冲差分协议联合BB84协议)的使用，增强了系统的安全性.该系统具有高效、安全、简洁、稳定等优点，在实验上实现了长期稳定的密钥分发和量子保密通信，误码率<5%，传输距离达80km.     

利用无噪线性光放大器增加连续变量量子密钥分发最远传输距离

如何提高实际量子密钥分发系统的安全码率和最远传输距离是量子密码学领域重要的研究课题. 本文采用量子无噪线性光放大器放大量子信号, 以改进连续变量量子密钥分发系统实际性能. 经仔细研究, 本文发现增益系数为g的线性无噪放大器可将连续变量量子密钥分发系统的最远安全传输距离提高20 log₁₀(g)/a km (a=0.2 dB/km为光纤信道的损耗系数), 并改善系统的安全码率和噪声抗性. 关键词： 量子密钥分发 连续变量 最远传输距离 线性无噪放大器     

基于双偏振分束器的量子密钥分发系统

提出了利用两个偏振分束器的量子密钥分发系统，有效地解决了相位调制器的偏振依赖性问题. 以1310nm波长在通信距离为25km的光纤中实现了高密钥生成率，干涉对比度99.4%. 有效密钥生成率大于0.6kbit/s, 误码率0.5%. 关键词： 量子密钥分发 偏振分束器 单光子干涉     

QKD Based on Symmetric Entangled Bernstein-Vazirani

This paper introduces a novel entanglement-based QKD protocol, that makes use of a modified symmetric version of the Bernstein-Vazirani algorithm, in order to achieve secure and efficient key distribution. Two variants of the protocol, one fully symmetric and one semi-symmetric, are presented. In both cases, the spatially separated Alice and Bob share multiple EPR pairs, each one qubit of the pair. The fully symmetric version allows both parties to input their tentative secret key from their respective location and acquire in the end a totally new and original key, an idea which was inspired by the Diffie-Hellman key exchange protocol. In the semi-symmetric version, Alice sends her chosen secret key to Bob (or vice versa). The performance of both protocols against an eavesdroppers attack is analyzed. Finally, in order to illustrate the operation of the protocols in practice, two small scale but detailed examples are given.