[發明專利]基于BB84協議的量子密鑰分發竊聽判別方法

有效

• 申請號: 201610040486.0
• 申請日: 2016-01-21
• 公開（公告）號: CN105743882B
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發明（設計）人: 趙楠;劉傳起;朱暢華;權東曉;李堅;陳南;裴昌幸
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04L9/08
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

1.基于BB84協議的量子密鑰分發竊聽判別方法，包括：

(1)根據BB84協議中的平均光子數參數，定義光子數分布的泊松公式，即

其中，μ是發送脈沖中的光子數，η是不同信道條件下的傳輸效率，η≤1，μη是經信道損失后脈沖中的平均光子數，k是脈沖中的平均光子數，P₁[k]是脈沖中光子數經信道損失后的概率，k！是k的階乘，e是自然指數；

(2)根據設竊聽者截取一部分光子后，其重發光子數所滿足的分布狀態，判斷得到接收脈沖序列中光子數的整體概率分布狀況：

若設竊聽者截取一部分光子后，其重發光子數滿足泊松分布，則在這種情況下竊聽者要想把偽造的光子脈沖重新發送到合法的初始脈沖序列中，使重發后的光子概率分布和初始光子數的概率分布相同，由于竊聽者無法實現截取重發的光子數和原來這部分光子數所在的位置一致，導致光子數的整體概率分布不再滿足式<1>，判定光子數的整體概率分布被破壞；

若設竊聽者截取一部分光子后，其重發光子數滿足正態分布，利用光子數的整體概率分布趨向于由合法光子數和每個脈沖中固定的光子數決定，當竊聽者截取一部分光子后，會導致光子數的整體概率分布產生明顯的變化，結合式<5>，仿真在竊聽者截取重發的情形下光子數的整體概率分布，判定接收脈沖序列中光子數的整體概率分布被破壞；

當竊聽者的重發光子數滿足正態分布：

則執行步驟(3)，其中f(x)是光子數的概率密度，e是自然指數，μ是均值或者分布的期望，σ是標準方差，σ²是方差,-∞＜x＜+∞；

(3)進行如下分析判定：

3a)根據μ＝0，σ＝1，結合式<2>得到標準正態分布：

3b)根據泊松分布中光子數的值，結合式<3>，得到光子數的離散概率分布，即

其中，k的值是0.1,0.2,0.3,…，P₃[k]是脈沖中光子數的概率；

3c)根據來自竊聽者與合法參與者的不同比例的光子數，結合式<1>、<3>和<4>，得到接收脈沖中光子數的概率分布為

其中α，β分別是來自于合法參與者和竊聽者的光子數的比例，α,β≥0且α+β＝1，f(k)是脈沖中光子數的概率，k是每個脈沖中的平均光子數，m！是m的階乘；

3d)根據BB84協議，得到微弱的非相干光的每個脈沖中的單光子數接近0.1，結合式<1>，則設μ≥0.1；

3e)根據μ＝0.1，結合式<5>，仿真竊聽者和合法者的不同比例的光子數的概率分布，利用光子數的整體概率分布趨向于由合法光子數和每個脈沖中固定的光子數決定，當偽造光子數超過總體光子數的25％時，可得知光子數的整體概率分布明顯地被破壞，由此判定接收脈沖序列中光子數的整體概率分布被破壞；

(4)根據光子數的整體概率分布，判斷接收到信息誤差的來源：

若光子數的整體概率分布被破壞，則判定信息誤差是來自于竊聽攻擊，合法參與者認為本次通信不安全，取消通信；

否則，認為信息誤差來自于非理想信道，合法參與者通過調整非理想信道的參數，以降低信息的誤差。