[發明專利]一種設備無關的高信道容量量子通信系統及方法

有效

• 申請號: 201810142677.7
• 申請日: 2018-02-11
• 公開（公告）號: CN108365955B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 昌燕;張仕斌
• 申請（專利權）人: 成都信息工程大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04L9/00;H04B10/70
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 談杰

本發明屬于信息處理技術領域，公開了一種設備無關的高信道容量量子通信系統及方法，通信方法采用多自由度下的超糾纏態作為量子載體，建立設備無關的超糾纏量子通信模型，進行密集編碼；通過計算出每粒子能傳輸的信息量，并與其他協議中的該信息量對比，驗證信道容量；同時本發明公開一種設備無關的高信道容量量子通信系統。本發明通過分發兩個粒子完成了兩位設備無關密鑰的分發，量子效率達到了1；如果采用普通糾纏態如Bell態作為量子載體，通過分發兩個粒子只能完成一位設備無關密鑰的分發，量子效率只有0.5。

技術領域

本發明屬于信息處理技術領域，尤其涉及一種設備無關的高信道容量量子通信系統及方法。

背景技術

目前，業內常用的現有技術是這樣的：

為推進量子通信的實用化，安全性和安全前提下提高信道容量是迫切需要解決的兩個關鍵問題。在以往的研究中，量子通信的安全性由量子力學原理保證，量子態制備源和測量設備都默認為完美。然而在現實條件下，很難實現完美的制備源和測量設備，因而，現實的量子通信系統可能存在各種安全隱患。針對設備的不完美性已有多種攻擊方案導致秘密信息泄露，如“時間位移攻擊”、“死時間攻擊”和“強光致盲攻擊”等等。也就是說，理論上絕對安全的量子通信協議，在實際中可能很不安全。因此，在設備不可信任的前提下，研究安全的量子通信協議是推進量子通信的實用化，保證安全性，必須要邁出的第一步。此外，在設備不可信任前提下，實際的信道容量會被大大降低，如果通信中的信道容量過低，就無法真正實現實用的量子安全通信協議。因此研究設備不可信任條件下，安全且有較高容量的量子通信協議既有理論意義，又有實用價值。目前對設備不可信任前提下量子通信的理論和技術研究主要集中在以下五方面：設備無關的量子安全通信研究，屏蔽由于制備源和測量設備不可信任引起的側信道攻擊漏洞。測量設備無關的量子安全通信研究，只屏蔽測量設備不可信任引起的側信道攻擊漏洞。由非可信任第三方對通信雙方發送的粒子進行糾纏態測量并公布結果，通信雙方通過判斷各自輸入數據的關聯性生成密鑰，從而移除探測器側信道漏洞。然而，無法屏蔽制備源不可信任引起的側信道攻擊漏洞，只能利用誘騙態方法規避非理想光源帶來的安全性問題。半設備無關的量子密鑰分發研究，該研究假定制備源和測量設備都不可信，但要求通信一方制備已知Hilbert空間維度的量子系統。單邊設備無關的量子密鑰分發研究，主要研究在通信雙方中只有一方設備不可信任的場景前提下，利用EPR-steering不等式違背判定，屏蔽一方測量設備不可信任引起的側信道攻擊漏洞。然而，以上設備不可信任前提下的量子安全通信研究中，均沒有考慮任何通信中都必不可少的一個問題：沒有考慮編碼效率問題，在設備不可信任前提下，實際的信道容量會被大大降低，如果通信中的信道容量過低，就無法真正實現實用的量子安全通信協議。

綜上所述，現有技術存在的問題是：

現有技術在實際的通信中，很不安全。現有技術大部分都沒有考慮設備不可信任帶來的安全隱患，即使有少數技術考慮了設備不可信任的因素，但也還沒有考慮設備不可信任帶來的編碼效率低的問題。

因此，現有技術理論上很安全，實際并不安全，而且效率不高。

解決上述技術問題的難度和意義：

本發明可以防止(屏蔽)由于制備源設備或測量設備不可信任(由竊聽者控制或提供)帶來的信息泄露，抵御常見的側信道攻擊漏洞，如“時間位移攻擊”、“死時間攻擊”和“強光致盲攻擊”等等，提供安全可靠的通信；同時也提高了設備無關量子通信的信道容量，以密鑰分發為例，量子效率提高1倍。目前，利用現有技術進行密鑰分發，量子效率的理論值最高只能達到0.5，而本發明提出的技術，量子效率的理論值最高能達到1。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種設備無關的高信道容量量子通信系統及方法。