[發(fā)明專(zhuān)利]一種多用戶(hù)測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711420061.3
• 申請(qǐng)日: 2017-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108183793B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭邦紅;張立濤;胡敏;冉攀;曾涵宇;曾炎穎;何翼龍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣東國(guó)騰量子科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H04L9/08
• 分類(lèi)號(hào): H04L9/08;H04B10/70;H04B10/524;H04B10/532;H04B10/54;H04B10/564
• 代理公司: 廣州圣理華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44302
• 代理人: 頓海舟

本發(fā)明公開(kāi)了一種多用戶(hù)測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)及方法，包括多個(gè)用戶(hù)端和中間測(cè)量單元；多個(gè)用戶(hù)端的激光器發(fā)出脈沖激光經(jīng)過(guò)偏振調(diào)制器，隨機(jī)加載水平，垂直，+45度和?45度偏振光脈沖，經(jīng)強(qiáng)度調(diào)制器后加入誘騙態(tài)成分，然后經(jīng)過(guò)可調(diào)衰減器精密衰減為平均光子數(shù)小于1的弱相干激光脈沖。中間的測(cè)量單元對(duì)多個(gè)用戶(hù)端經(jīng)由量子信道傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)所有用戶(hù)的聯(lián)合偏振量子態(tài)有不同的結(jié)果輸出，中間的測(cè)量單元宣布測(cè)量結(jié)果，多個(gè)用戶(hù)端根據(jù)測(cè)量結(jié)果在本地生成密鑰。本發(fā)明可使多方同時(shí)產(chǎn)生相同的密鑰，且容易拓展，采用的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所用元器件成熟，操作簡(jiǎn)單，傳輸穩(wěn)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及量子信息以及光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種多用戶(hù)測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

量子密鑰分發(fā)(Quantum?Key?Distribution,QKD)是20世紀(jì)80年代基于量子力學(xué)和信息論發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興密碼產(chǎn)生方式，能以絕對(duì)安全的方式讓處于不同位置的合法參與者分享密鑰，對(duì)于當(dāng)前來(lái)說(shuō)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的量子密鑰分發(fā)已經(jīng)日趨成熟，常用的協(xié)議有BB84協(xié)議、B92協(xié)議、EPR協(xié)議等，1984年由Bennett提出的BB84協(xié)議采用兩個(gè)完全相同的非等臂M-Z干涉儀作為編碼器和解碼器，這種編碼方式由于光纖的拉伸與彎曲使得光子偏振態(tài)產(chǎn)生變化使得工作不夠穩(wěn)定，其操作又比較復(fù)雜。1992年在BB84基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)化而來(lái)的B92協(xié)議雖然操作簡(jiǎn)單但是成碼率較低，所產(chǎn)生的數(shù)位串中僅有25％是有效的。而EPR協(xié)議需要比較完美的糾纏源，目前主要采用的自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換光路復(fù)雜，成本昂貴。另外CHSH不等式的判斷是非常精細(xì)的操作，對(duì)器件的精度要求很高，而糾纏態(tài)在光纖中的傳輸面臨著損耗的問(wèn)題，單光子探測(cè)器存在噪聲、暗計(jì)數(shù)等等，這些因素很大程度上都會(huì)對(duì)最終的測(cè)量結(jié)果有影響。2002年首次提出的DPS(Differential?Phase?Shift)，即差分量子密鑰分發(fā)協(xié)議，是利用兩個(gè)連續(xù)光子的相位差傳遞密鑰信息，因此使得信息具有連續(xù)性，并且在光纖傳輸中前后兩個(gè)脈沖所受到外界的影響幾乎一致，具有更強(qiáng)的抗干擾性。

針對(duì)上述的提出的QKD方案，攻擊者也研究不同的攻擊方案對(duì)QKD進(jìn)行攻擊典型的有探測(cè)效率不匹配攻擊、時(shí)移攻擊和光子數(shù)分裂攻擊(PNS)等，上述方案均無(wú)法解決針對(duì)單光子探測(cè)器端的攻擊。2012年羅開(kāi)廣等人提出測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)協(xié)議，它能消除因單光子探測(cè)器不完美帶來(lái)的漏洞，結(jié)合誘騙態(tài)協(xié)議，可利用經(jīng)典器件完成密鑰生成和長(zhǎng)距離的安全通信。目前針對(duì)測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)協(xié)議的研究主要集中在優(yōu)化性能，提高穩(wěn)定性和多用戶(hù)的方面。近期關(guān)于多用戶(hù)的研究?jī)?nèi)容也逐步開(kāi)展，如利用GHZ(Greenberger-Horne-Zeilinger)態(tài)進(jìn)行三方通信的方案和模擬，利用W態(tài)進(jìn)行的基于時(shí)間路徑糾纏的測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)方案。以上方案與基于波分復(fù)用量子密鑰分發(fā)方案的顯著區(qū)別是，基于波分復(fù)用方案的量子密鑰分發(fā)本質(zhì)上是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)量子密鑰分發(fā)，多用戶(hù)量子密鑰分發(fā)的方案可以使參與者同時(shí)產(chǎn)生密鑰，從而每個(gè)參與者都能共享相同的密鑰，本發(fā)明提出的多用戶(hù)量子密鑰分發(fā)方案，以更加簡(jiǎn)單的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生多用戶(hù)共享的量子密鑰。

GHZ態(tài)是一種典型的處于最大糾纏的多粒子糾纏態(tài)，在多用戶(hù)通信中有重要的潛在的應(yīng)用。GHZ態(tài)可有如下式描述：

式中和其中i＝1,2和3，分別代表態(tài)矢量，|H和|V分別代表光子的水平和垂直偏振態(tài)，表示歸一化常數(shù)，下標(biāo)0、1、2···n代表第幾個(gè)光子與其余光子偏振態(tài)的不同。

1998年潘建偉提出的GHZ態(tài)測(cè)量單元可以應(yīng)用于測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)協(xié)議中作為測(cè)量單元完成量子密鑰的測(cè)量和分發(fā)。本發(fā)明提出的方案以更加精簡(jiǎn)的光路，更少的單光子探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)更高效率與碼率的多用戶(hù)量子密鑰分發(fā)。結(jié)合誘騙態(tài)協(xié)議，即使用強(qiáng)度不同的脈沖信號(hào)來(lái)檢測(cè)竊聽(tīng)者Eve的存在與否，可使得本發(fā)明提出的方案可以抵御探測(cè)器端和光子數(shù)分裂等攻擊。目前提出的多用戶(hù)測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高昂，而且成碼率相對(duì)較低穩(wěn)定性與可靠性較低。

發(fā)明內(nèi)容