[發(fā)明專利]基于多自由度的與測量設(shè)備無關(guān)的量子安全直接通信方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911201233.7
• 申請日: 2019-11-29
• 公開（公告）號: CN111030751B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盛宇波;鄒子康;周瀾;鐘偉
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: H04B10/079
• 分類號: H04B10/079;H04B10/70;H04L9/08
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發(fā)明公開了基于多自由度的與測量設(shè)備無關(guān)的量子安全直接通信方法，包括以下步驟：制備發(fā)送用戶和接收用戶的量子態(tài)；對所述發(fā)送用戶和接收用戶的量子態(tài)進行超糾纏貝爾態(tài)測量，獲取錯誤比特率；根據(jù)所述錯誤比特率和誤碼率門限判斷是否存在竊聽，若不存在，則對所述發(fā)送用戶的量子態(tài)進行編碼；對所述編碼后的量子態(tài)進行安全檢測，判斷所述編碼后的量子是否存在竊聽，若不存在則由接收用戶獲取發(fā)送用戶的編碼。與原始MDI?QSDC相比，我們的協(xié)議具有更大的信道容量，并且可以同時確保通信的安全性，以防止對檢測器端的所有可能的攻擊。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及量子通信技術(shù)，尤其涉及一種基于多自由度的與測量設(shè)備無關(guān)的量子安全直接通信方法。

背景技術(shù)

量子安全直接通信(QSDC)是量子通信領(lǐng)域一個十分重要的分支，與量子密碼學(xué)不同的是，QSDC能夠?qū)崿F(xiàn)信息的安全傳輸而不是只能實現(xiàn)通信雙方共享安全的密鑰。2002年，龍桂魯教授等人首次提出了QSDC的概念。然而在實際應(yīng)用的量子通信系統(tǒng)中，由于器件的不完美性，QSDC系統(tǒng)還存在著許多漏洞，竊聽者會利用這些漏洞來實現(xiàn)各種攻擊并且在不被發(fā)現(xiàn)的情況下獲取安全的信息。在諸多攻擊方式中，探測器側(cè)攻擊最為頻繁。

為了解決探測器側(cè)攻擊的問題，2012年Lo等人首先提出了測量設(shè)備無關(guān)的量子密鑰分發(fā)協(xié)議(MDI-QKD)，與之前的協(xié)議很大不同的是光子的探測有第三方來處理并且第三方可以是不可信任的。MDI-QKD首先解決了針對探測器端的所有攻擊，因此成為了近年來研究的熱點。最近，基于測量設(shè)備無關(guān)的量子安全直接通信(MDI-QSDC)也被提出來了，同樣地能夠解決針對QSDC的探測端的所有攻擊。

目前，MDI-QSDC的研究主要針對單自由度，對三個自由度的MDI-QSDC還沒有人進行探討。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于多自由度的與測量設(shè)備無關(guān)的量子安全直接通信方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的傳輸過程中安全性不高的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于多自由度的與測量設(shè)備無關(guān)的量子安全直接通信方法，包括以下步驟：

制備發(fā)送用戶和接收用戶的量子態(tài)；

對所述發(fā)送用戶和接收用戶的量子態(tài)進行超糾纏貝爾態(tài)測量，獲取錯誤比特率；

根據(jù)所述錯誤比特率和誤碼率門限判斷是否存在竊聽，若不存在，則對所述發(fā)送用戶的量子態(tài)進行編碼；

對所述編碼后的量子態(tài)進行安全檢測，判斷所述編碼后的量子是否存在竊聽，若不存在則由接收用戶獲取發(fā)送用戶的編碼。

進一步的，所述發(fā)送用戶的量子態(tài)包括糾纏態(tài)和單光子態(tài)；所述接受用戶的量子態(tài)包括單光子態(tài)。

進一步的，所述量子態(tài)的自由度為3。

進一步的，所述單光子態(tài)的表達式如下所示：

其中，ζ表示單光子態(tài)，P表示極化自由度，F(xiàn)表示第一縱向動量自由度，S表示第二縱向動量自由度。

所述糾纏態(tài)的表達式如下所示：

其中，H、V分別表示光子的水平和垂直偏振；l和r分別表示光子處于平面左邊和右邊；I和E分別表示光子處于平面內(nèi)圈和外圈；下標(biāo)1表示被編碼的光子和2表示進行貝爾態(tài)測量的光子。

進一步的，所述超糾纏貝爾態(tài)的表達式如下：