[發明專利]連續變量量子密鑰分發系統的相位補償實現方法

有效

• 申請號: 201710284097.7
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN107086891B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 郭迎;趙微;黃端;李飛
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H04B10/25
• 分類號: H04B10/25;H04B10/548;H04L9/08
• 代理公司: 北京華識知識產權代理有限公司 11530
• 代理人: 趙永強

本發明公開了連續變量量子密鑰分發系統的相位補償實現方法，發送方將初始的連續密鑰數據利用相干態進行高斯調制，然后將調制過的信號經過光纖信道發送給接收方；接收方對獲得的初始連續密鑰數據利用基于正交基展開的算法進行預處理、糾錯及保密增強，獲取最終安全的密鑰。本方法推進了連續變量量子密碼的實用化，同時能有效抑制在量子通信過程中量子信號所受到的環境干擾以及人為攻擊。

技術領域

本發明屬于量子通信技術領域，涉及一種基于數據后處理的連續變量量子密鑰分發系統的相位補償實現方法。

背景技術

保密通信一直以來都是通信領域的研究重點之一。合法通信雙方通過密鑰加密所需要傳遞的信息，這樣能夠增加第三方獲取信息的難度，密鑰分發和密鑰管理在這個過程中起到了重要作用。量子密鑰分發為合法通信雙方提供了一種基于物理原理的密鑰分發方式，因而在近年備受關注。

量子密鑰是相對于傳統密鑰而言的，兩者都屬于保密通信的范疇。現有已知的保密通信方式，包括量子密鑰，都是在假定攻擊者能力有限時才能保證安全。量子密鑰與傳統密鑰的不同之處主要體現在密鑰生成方式上，他們的主要差別是他們所依據的基本原理不同，保密條件也不同。傳統的密鑰如公鑰體制等，主要依賴于計算的復雜性，保密條件是假定攻擊者的計算能力有限，無法在短時間內解出密鑰。量子密鑰分發依賴于量子物理的兩個基本特性，“不可克隆和不可復制原理”和“海森堡測不準原理”。“不可克隆和不可復制原理”保證了在量子信道上傳遞的信息只能有唯一的腳本，無法被刪除或者被復制。“海森堡測不準原理”使攻擊者在竊聽該腳本時有可能會破壞信息，通信雙方可以通過一致性檢驗來監測攻擊者的存在。量子密鑰的保密條件是假定攻擊者對信道的控制能力是有限的。攻擊者只能竊聽，無法對經典信道進行篡改，否則量子密鑰的安全性也無法保證。

連續變量量子密鑰分發(CVQKD)自1999年首次提出以來，就引起了國內外廣泛的關注。CVQKD可以讓通信雙方，通過量子信道和經過認證的經典信道獲得密鑰。在CVQKD中，本征值連續變化的物理量被用來加載信息，比如可以利用單光子態的頻率、時隙、動量和位置，也可以利用幾個光子組成的態的振幅和相位這樣的正則共軛變量來加載信息。現階段，連續變量量子密鑰分發主要以幾個光子組成的量子態作為信息載體，具體是指對多光子量子態進行調制、信息傳遞、相干解調的密鑰分發方案；當然，連續變量量子密鑰分發也可以以單個光子作為信息載體然后對單光子量子態進行編碼信息傳遞。

通過大量實驗可以發現，CVQKD在短距離下密鑰速率表現良好，而在長距離通信商速率很低。而且安全通信距離比離散變量量子密鑰分發系統短很多。最主要的原因是因為CVQKD解碼得到的是連續數據而不是二進制數值，目前針對連續數據的高效密鑰協商算法并不完善，這從很大程度上限制了安全傳輸距離。而且長距離傳輸會引入更多的過噪聲，包括本振光的泄露以及相位漂移等。

基于高斯調制相干態(GMCS)的方法是CVQKD系統的一個典型方法，并且這種方法已經通過實驗實現。在以往的GMCS方法中，發送端產生一束信號光和一束本地本振光，然后將兩束光同時送入信道，因此兩束光在光纖中產生的相位漂移就是一致的。在接收端，接收方可以利用發送方發送的本地本振光對信號進行恢復。但是GMCS方法的一個最大缺點就是，本振光和信號光在信道中傳輸時，攻擊者可以利用發送方發送的本振光進行截取重發攻擊，從而降低系統的安全性。

發明內容

為實現上述目的，本發明提供一種基于數據后處理的連續變量量子密鑰分發系統的相位補償實現方法，利用正交基展開算法對連續變量量子密鑰分發系統進行相位補償，推進了連續變量量子密碼的實用化，同時能有效抑制在量子通信過程中量子信號所受到的環境干擾以及人為攻擊。

本發明所采用的技術方案是，連續變量量子密鑰分發系統的相位補償實現方法，按照以下步驟進行：

步驟A：發送方將初始的連續密鑰數據利用相干態進行高斯調制，然后將調制過的信號經過光纖信道發送給接收方；