[發明專利]對偏振編碼量子密鑰分配系統的攻擊方法

無效

• 申請號: 201110358951.2
• 申請日: 2011-11-14
• 公開（公告）號: CN102368705A
• 公開（公告）日: 2012-03-07
• 發明（設計）人: 王雙;李宏傳;陳巍;銀振強;周政;韓正甫;郭光燦
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司 34107
• 代理人: 張小虹

技術領域

本發明屬于量子保密通信領域，特別涉及對偏振編碼量子密鑰分配系統的攻擊方法。

背景技術

幾千年來，密碼學不僅在國防、軍事和外交領域發揮著重要作用，而且隨著計算機和網絡技術的發展，其在日常生活中也起到不可或缺的作用。但是隨著經典計算機計算速度和計算規模的提高，以及計算能力強大的量子計算機的提出，密碼學面臨著越來越嚴重的安全威脅。“一次一密”密碼體制是密碼學中唯一被證明安全的密碼體制，但其卻存在密鑰分配的難題，而量子密鑰分配的出現無疑解決了這一難題。量子密鑰分配以量子理論為基礎，可以在不安全的公共信道上安全地實時分配密鑰。因此，將量子密鑰分配與“一次一密”相結合就可以完美地實現無條件安全的保密通信。

鑒于保密通信的重要性，量子密鑰分配自1984年被正式提出以來，一直受到廣泛關注，世界各國均投入大量的人力物力進行研究。BB84協議是Bennett和Brassard在1984年提出的(C.H.Bennett，and?G.Brassard，Quantum?cryptography：public?key?distribution?and?coin?tossing，Proceedings?of?IEEE?International?Conference?of?Computers?Systems?and?Signal?Processing，175-179，1984)是最早的量子密鑰分配協議，同時也是迄今為止最成熟和應用最廣泛的量子密鑰分配協議，該協議的理論安全性已經得到嚴格充分的證明。現有的BB84量子密鑰分配系統根據編碼方式不同主要可以分為兩大類——偏振編碼量子密鑰分配系統和相位編碼量子密鑰分配系統。本發明主要針對偏振編碼的量子密鑰分配系統的。

在偏振編碼的量子密鑰分配系統中，將光子的偏振態作為信息載體進行編碼，光子的四個偏振態被分成兩組基，每組基中的兩個偏振態分別相互正交。此處選取光子的四個線偏振態——水平偏振態|→>、豎直偏振態|↑>、右斜45度偏振態|>和左斜45度偏振態|>來進行說明，其中|→>和|↑>同屬于水平豎直基+|，>和>同屬于對角基×。當用水平豎直基測量水平偏振態或者豎直偏振態時，能獲得確定性的測量結果，即用水平豎直基測量水平偏振態時，就可以確定性地判斷出輸入光子的偏振態是水平偏振態，用水平豎直基測量豎直偏振態時，就可以確定性地判斷出輸入光子的偏振態是豎直偏振態；類似地，當用對角基測量右斜45度偏振態或者左斜45度偏振態時，也能獲得確定性的測量結果；但是，用水平豎直基測量右斜45度偏振態或者左斜45度偏振態時，獲得的測量結果是不確定的，即用水平豎直基測量右斜45度偏振態和左斜45度偏振態時，會有50％的幾率得到水平偏振態，50％的幾率得到豎直偏振態，從而無法判定輸入光子的偏振狀態；類似地，用對角基測量水平偏振態或者豎直偏振態時，獲得的測量結果也是不確定的。

典型的偏振編碼的量子密鑰分配系統如圖1所示，通信雙方分別稱為Alice和Bob，發送方Alice制備一系列的波長為λ₀光子發送給接收方Bob，每個光子的偏振態獨立隨機地從四個偏振態——水平偏振態、豎直偏振態、右斜45度偏振態和左斜45度偏振態中獨立隨機地選取，這四個偏振態分屬兩組制備基——水平豎直基和對角基，接收方Bob收到光子后，獨立隨機地選取水平豎直基或者對角基兩組測量基來測量Alice發送過來光子的偏振態，并記錄下測量到光子的位置信息，然后通信雙方對基，即僅保留基相同(Alice制備基和Bob測量基)并且Bob測量到光子位置的光子偏振態信息，再將保留的光子偏振態信息轉換成相應的密鑰比特信息，即將保留的光子偏振態按水平偏振態和右斜45度偏振態轉換為比特“0”，豎直偏振態和左斜45度偏振態轉換為比特“1”，最后經過糾錯和保密放大等后處理過程，Alice和Bob之間就可以獲得安全一致的密鑰比特了。