量子保密通信的技术现状及安全性

理论上,量子密钥分发可以带来绝对安全的保密通信.但是真实系统的量子密钥分发的安全性需要进一步证明.现有的基于弱相干态的量子密码实验在光子数分离攻击下是完全不安全的.诱骗信号方案(decoy-state method)及纠缠对分发方案可以实现基于现有技术的、真实系统的绝对安全量子密钥分发.     

浅谈量子密码术和保密通信

 密码术是对信息进行编码实现隐藏信息的一门学问。例如你想把信用卡号码告诉商家来买东西,但不希望任何有恶意的第三方截取你的信用卡号码,采用密码方法可以隐藏和保护需要保密的消息,使未受权者不能提取信息。被隐藏消息称做明文,密码可将明文变换成另一种隐藏的形式,称为密文。这种变换过程称做加密,其逆过程,即由密文恢复出原明文的过程称为解密。对明文进行加密时所采用的一组规则称做加密算法,对密文进行解密时所采用的一组规则称做解密算法。加密和解密算法的操作通常都是在一组密钥控制下进行的,密钥是密码体制安全保密的关键。密码体制分为单钥体制和双钥体制。单钥体制的加密密码和解密密码相同。     

全光纤量子保密通信中的偏振控制

介绍了在全光纤量子保密通信系统的量子信道中利用可转动光纤圈型偏振控制器实现对光纤偏振态的测量和调整.实验证明该方法能有效控制光纤中的偏振态.     

用单光子偏振态的量子密码通信实验

根据海森堡测不准原理，使用量子密码可以使通信双方不需要事先准备相同的密码本即可绝对保密地通信，我们基于单光子偏振态的方案利用四个发光二极管作为光子源进行了传送量子公开密钥的原理性实验，得到的未经纠错的系统误码率为６％。     

基于恶意攻击的多用户量子信令损伤模型及 诱骗态修复策略

本文提出了一个多用户量子信令传输系统,并详细阐述了信令在信道中的传输过程.研究了传输过程中信令受到第三方恶意攻击的损伤模型,并将诱骗态的思想引入量子信令安全的直接通信中,分析了采用不同光强来发送光脉冲,以克服光子数分裂攻击的问题,从而提高了信令传输的安全性.仿真结果表明,本文所提出的对多用户信令攻击的修复策略可有效地检测到光子数分裂数攻击,并增加了安全传输距离,从而保证信令传输过程安全有效的进行.     

基于恶意攻击的多用户量子信令损伤模型及诱骗态修复策略

本文提出了一个多用户量子信令传输系统,并详细阐述了信令在信道中的传输过程.研究了传输过程中信令受到第三方恶意攻击的损伤模型,并将诱骗态的思想引入量子信令安全的直接通信中,分析了采用不同光强来发送光脉冲,以克服光子数分裂攻击的问题,从而提高了信令传输的安全性.仿真结果表明,本文所提出的对多用户信令攻击的修复策略可有效地检测到光子数分裂数攻击,并增加了安全传输距离,从而保证信令传输过程安全有效的进行.     

利用诱骗信号方案进行实用的量子密钥分发

真实量子密钥分发系统中不完善的单光子源和信道损耗的存在,使得现有基于弱相干态的量子密码实验在分束攻击下并不安全,诱骗信号方案能实现基于现有技术绝对安全的量子密钥分发,并能有效提高密钥分发率和安全传输距离,因此成为近年来量子通信研究的热点问题.结合现实量子密码系统的一般模型,介绍目前几种典型的诱骗信号方案以及实验进展,综述了诱骗信号方案的发展情况和最新成果,并对未来的研究方向进行了展望.     

基于量子隐形传态的量子保密通信方案

量子保密通信包括量子密钥分发、量子安全直接通信和量子秘密共享等主要形式.在量子密钥分发和秘密共享中,传输的是随机数而不是信息,要再经过一次经典通信才能完成信息的传输.在量子信道直接传输信息的量子通信形式是量子安全直接通信.基于量子隐形传态的量子通信(简称量子隐形传态通信)是否属于量子安全直接通信尚需解释.构造了一个量子隐形传态通信方案,给出了具体的操作步骤.与一般的量子隐形传态不同,量子隐形传态通信所传输的量子态是计算基矢态,大大简化了贝尔基测量和单粒子操作.分析结果表明,量子隐形传态通信等价于包含了全用型量子密钥分发和经典通信的复合过程,不是量子安全直接通信,其传输受到中间介质和距离的影响,所以不比量子密钥分发更有优势.将该方案与量子密钥分发、量子安全直接通信和经典一次性便笺密码方案进行对比,通过几个通信参数的比较给出各个方案的特点,还特别讨论了各方案在空间量子通信方面的特点.     

基于BB84协议的量子保密通信实验

基于BB84量子保密通信协议,利用光子的偏振态传输信息.发送方和接收方通过量子信道来传输量子态,同时双方通过一条经典信道进行基矢比对和其他信息交互,进而两边同时安全地获得和共享一份相同的密钥.     

The security and recent technology of quantum key distribution

In principle, quantum key distribution (QKD) can be used to make unconditionally secure private communication. However, the security of the existing real system for QKD needs to be carefully examined. Actually, the existing experiments based on weak coherent states are not secure under photon-number-splitting attack. Fortunately, the decoy-state method and the entanglement-distribution method can be used to realize the unconditionally secure QKD based on real-life systems with existing technology.     

A simultaneous generation of QKD and QDC via optical memory array for distributed network security

We propose a novel system of a simultaneous generation of continuous variable quantum key distribution (QKD) and quantum dense coding (QDC) via an optical memory array. The optical memory system is formed by using an array waveguide incorporating a nano-ring resonator, whereas the different spatial light modes can be generated and stored within an optical memory unit. The polarized photon is formed and stored within a storing device, i.e. a ring resonator, whereas the different time slot entangled photons can be generated, transmitted and detected by the different subscriber in the distributed networks. By using the optical memory concept, the continuous variable quantum key distribution is provided. Furthermore, the use of quantum dense coding via time division multiplexing paths, i.e. different time slot, is also plausible. The advantage of the proposed system is that the quantum key distribution can provide the network top security with high capacity and safety, which is the large demand of usage in the public networks.     

Independent attacks in imperfect settings: A case for a two-way quantum key distribution scheme

We review the study on a two-way quantum key distribution protocol given imperfect settings through a simple analysis of a toy model and show that it can outperform a BB84 setup. We provide the sufficient condition for this as a ratio of optimal intensities for the protocols.     

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     

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.     

Sagnac quantum key distribution over telecom fiber networks

We present a new concept for compensation of single mode fiber (SMF) birefringence effects in a Sagnac quantum key distribution (QKD) setup, based on a polarization control system and a polarization insensitive phase modulator. Our experimental data show stable (in regards to birefringence drift) QKD over 1550 nm SMF telecom networks in Sagnac configuration, using the BB84-protocol [C.H. Bennett, G. Brassard, in: Proceedings of the IEEE International Conference on Computers, Systems, and Signal Processing, Institute of Electrical and Electronic Engineers, New York, 1984, p. 175] with phase encoding. The achieved total Sagnac transmission loop distances were between 100 km and 150 km with quantum bit error rates (QBER) between 5.84% and 9.79% for the mean-photon-number μ = 0.1. The distances were much longer and rates much higher than in any other published Sagnac QKD experiments. We also show an example of our one-decoy state protocol implementations (for the 45 km distance between Alice and Bob, corresponding to the 130 km total Sagnac loop length), providing an unconditional QKD security. The measurement results have showed feasibility of QKD over telecom fiber networks in Sagnac configuration, using standard fiber telecom components.     

结合高效BB84协议的差分密钥分发系统

提出一种新的相位编码方案,使用差分和高效BB84协议实现量子密钥分发.在保留差分编码优势的同时,此方案进一步增加系统的安全性.Alice端随机选择{0,π/2,π,3π/2}中的相位对信号脉冲进行调制,Bob端随机选择{0,π/2}中的相位对信号脉冲进行调制.为了提高成码率和简化系统,以η(η→1)的概率选取{0,π} 基对相位进行调制,此时系统运行差分编码,用于生成密钥;以(1－η)的概率选取{π/2,3π/2}基中的相位对脉冲信号进行调制.{π/2,3π/2}基的选用是为了增加系统维度和进行安全性评估,不用于生成密钥.设计相应的系统,利用微弱相干光脉冲在该新协议下进行编码,在接收端采用法拉第－迈克尔逊方式进行解码,在实验上实现了长期稳定的密钥分发,误码率＜5%,传输距离达85 km.     

光纤信道压力作用下量子密钥分发误码率建模与仿真

采用半正定算子测量建立了光纤信道压力作用下的误码率分析模型.以熊猫型保偏光纤为例,用所建模型进行了数值分析.结果表明: 相同作用角下,接收端误码随外界压力的增加呈上升趋势;相同压力下,除0和π/2外,接收端误码随着作用角度的增加而增加.在归一化力参量小于0.4或作用角小于π/12时,误码率小于5%.