[發明專利]一種量子密鑰分發系統和方法

在審

• 申請號: 201810693340.5
• 申請日: 2018-06-29
• 公開（公告）號: CN108712255A
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發明（設計）人: 馬雄峰;馬家駿
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04L9/00
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 陳攀;王琦

本發明提供了一種量子密鑰分發系統和方法。其中的系統包括：發送裝置和接收裝置；所述發送裝置和接收裝置通過傳輸信道連接；所述接收裝置包括：第一探測器、第二探測器和第二控制器；所述發送裝置的輸出端與所述第一探測器連接；所述第一探測器的輸出端與第二探測器連接；所述第二探測器的輸出端與第二控制器連接；所述第二控制器的同步信號端與所述發送裝置的同步信號端連接。應用本發明可以免疫強光致盲等針對接收裝置的攻擊，同時保證原始成碼率。

技術領域

本申請涉及量子信息通信技術領域，尤其涉及一種量子密鑰分發系統和方法。

背景技術

隨著互聯網技術的蓬勃發展，通訊安全的重要性與日俱增。在眾多場合下，通訊雙方希望在利用公共信道的情況下進行保密通訊。例如，當用戶向網上銀行提交賬號和密碼的時候，用戶希望這些信息在傳遞過程中是保密的，即任何第三方都無法竊聽。當前廣泛使用的加密方法是公鑰加密算法。此類算法基于某些數學問題的算法復雜度，隨著科技的發展，他們的安全性受到威脅。因此，我們亟需開發更加安全可靠的加密方法。

量子密鑰分發技術是基于量子力學特性的全新的密鑰分發方案，是量子信息技術中最有應用前景的技術之一。該技術借用公共信道使得通訊雙方之間共享安全的隨機密鑰。結合一次一密的加密方法，共享的隨機密鑰可以用來對通訊中的信息進行加密，從而保證通訊安全。量子密鑰分發的安全性基于物理學基本原理，因此是信息論安全的。

目前，現有技術中已經提供了一些商用的量子密鑰分發系統，這些系統大部分基于BB84協議。在BB84協議中，量子密鑰分發系統一般包括發送裝置和接收裝置。發送裝置將信息編碼在四種不同的量子態|0>、|1>、|+>、|->上，并約定每個量子態所代表的編碼信息。在上述的四種量子態中，|0>和|1>相互正交，因此可組成一組測量基，稱之為直測量基(簡稱Z基，下同)，|0>態和|1>態是Z基的兩個本征態；|+>和|->也相互正交，因此可組成另一組測量基，稱之為斜測量基(簡稱X基，下同)，|+>態和|->態是X基的兩個本征態。

發送裝置向接收裝置隨機發送上述四種不同的量子態|0>、|1>、|+>、|->，接收裝置隨機選擇X基或Z基對所接收到的量子態進行測量。隨后，發送裝置和接收裝置在典信道中公布各自在進行編碼或測量時所選擇使用的測量基，并丟棄雙方在編碼或測量時使用了不同測量基的量子態，從而篩選出雙方選擇了相同的測量基進行編碼或測量時的編碼數據，作為所傳輸的量子密鑰。

但是，由于在實際應用中的系統與安全分析理論模型之間存在差異，因此現有技術中的量子密鑰分發系統大多存在一些安全漏洞。分析表明，大部分的黑客攻擊集中在接收端，如強光致盲攻擊，時移攻擊等。產生這些攻擊的一個重要原因在于，在BB84協議中，大量探測數據因收發雙方基矢不匹配而丟棄，導致這部分數據沒有參與參數估計這一過程。因此，攻擊者可以將攻擊引入的錯誤聚集在這部分數據中而不被發現，從而很難保證信息的安全。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種量子密鑰分發系統和方法，從而可以免疫強光致盲等針對接收裝置的攻擊，同時保證原始成碼率。

本發明的技術方案具體是這樣實現的：

一種量子密鑰分發系統，該系統包括：發送裝置和接收裝置；

所述發送裝置和接收裝置通過傳輸信道連接；

所述接收裝置包括：第一探測器、第二探測器和第二控制器；

所述發送裝置的輸出端與所述第一探測器連接；

所述第一探測器的輸出端與第二探測器連接；所述第二探測器的輸出端與第二控制器連接；所述第二控制器的同步信號端與所述發送裝置的同步信號端連接；