相位匹配量子密钥分发协议统计波动分析

相位匹配协议是双场量子密钥分发协议的一种，能突破密钥容量限制且安全性得到了理论和实践的证明。针对实际应用中数据有限长效应产生的不良影响，系统地分析了相位匹配协议统计波动性能；利用高斯分析和切诺夫-霍夫丁界等统计波动分析方法，结合线性规划对相关参数进行估计，分别对不同数据长度情况下三诱骗态及二诱骗态相位匹配协议的性能进行了仿真分析。仿真结果表明：考虑统计波动的相位匹配协议仍能突破线性密钥容量的限制，在数据长度达到1016量级时，密钥生成率和最大安全传输距离均接近理想值；在数据长度小于等于1013时，增加诱骗态并不能显著提升相位匹配协议性能；随着数据长度的增加，采用切诺夫-霍夫丁界系统性能逐渐趋近采用高斯分析法的系统性能。     

一种可提高安全通信距离的诱骗态量子密钥分发方案

为提高量子通信安全通信距离,提出一种将修正的相干光(MCS)用于诱骗态量子密钥分发的方案．通过削除弱相干光源中的两光子脉冲,降低多光子脉冲的影响,从而提高安全通信距离．理论分析得到了采用MCS后的单光子计数率和误码率的数学表达式．仿真结果表明,在相同的密钥产生率下,此方案将量子通信的安全通信距离提高约10％,接近完美诱骗态方案的安全通信距离．     

基于W态的量子密钥分配和秘密共享

介绍了W态的特点,证明量子密钥分配和秘密共享方案所基于的W态只能为系数全部相同的对称形式,提出了一种基于W态的量子密钥分发方案。接收方随机非对称地使用消息模式和控制模式来保证该量子密钥分发协议的安全。继而分析该协议的安全性。提出了一种基于W态的量子秘密共享方案,分析了该协议的安全性。与以往采用GHZ最大纠缠态的量子密钥分配和秘密共享方案相比,基于W态的方案效率不高,本文的目的是为了证明可以采用不同于GHZ态之外的其它态用于量子密钥分配和秘密共享。     

基于切尔诺夫界的量子密钥分发统计涨落分析方法

量子密钥分发（quantum key distribution,QKD）是量子信息科学的重要应用之一.在实际执行量子密钥分发协议时,由于有限码长的原因,实验得到的测量值受到统计涨落的影响.基于切尔诺夫界给出了一种严格的QKD中数据统计涨落的分析方法并将其应用到偏选基诱骗态QKD协议中,新的方法只要求每次测量独立同分布,对样本容量没有要求.仿真结果显示,新方法能取得和已有方法近似的结果.     

一种新的双模态光源诱骗态量子密钥分配方案

提出了一种新的基于双模态光源的被动诱骗态量子密钥分配通用方案.作为双模态之一的标记态,在发端经过分束和检测后获得4类探测结果,据此,将作为信号态的另一模式分成4个非空脉冲集合,从而利用这4类脉冲进行参数估计和密钥提取.同时,基于预报单光子源和标记配对相干态光源对此方案展开了性能分析,讨论了发端探测器不同探测效率对系统性能的影响,并对实际系统进行了统计波动分析.仿真结果表明:方案性能在误码率和安全传输距离(可达198.6 km)方面都优于现有基于不同光源的3强度诱骗态量子密钥分配方案;采用标记配对相干态光源的各方面性能均优于采用预报单光子源;密钥生成率随发端探测效率的增大而增大;考虑统计波动时,标记配对相干态光源的有效性也要优于预报单光子源,且其数据长度为109时,此方案最大安全距离达到164 km;此方案仅需使用单一强度脉冲,在降低调制光源实现难度的同时又提升了系统性能,对QKD系统的工程实现具有一定的参考价值.     

光纤信道应力作用对量子密钥分发误码率的影响

基于BB84协议原理,构建了应力环境下偏振编码的点对点实际量子密钥分发(QKD)系统。完成了商用光纤信道应力作用下的量子密钥分发实验,对系统主要参数实时采集并进行数据分析。结果表明:随着光纤信道上外界作用力的增加,QKD系统诱骗态和信号态误码率均随之增大,成码率降低;QKD系统所能承受的拉力极值小于压力极值,系统对于拉力变化更为敏感。本研究结果对指导密钥分发在军事和商用保密通信中的实际应用具有一定的参考价值。     

概率致盲攻击模型下被动诱骗态量子密钥分发安全性分析

在量子密钥分发(QKD)系统实现的过程中,非理想的器件会使整个系统的安全存在一定隐患,比如攻击者可以针对非理想的单光子探测器发起致盲攻击,通常通过监测电流以发现致盲攻击.针对这一防御策略,人们又提出了概率致盲攻击,在不引起系统电流明显改变的前提下窃取部分密钥信息.诱骗态方案是现在QKD系统中普遍使用的方案,其中被动诱骗...     

多用户量子密钥分配方案及协议设计

在纠缠态和纠缠交换的基础上,提出一种多用户量子密钥分发方案及协议．该方案只需n个量子信道就可实现n用户系统两两之间的密钥分发．量子交换中心通过纠缠交换建立量子信道,量子信道一旦建立,系统中任意两个用户即可进行量子密钥分发．还探讨了系统容量问题,结合话务量的概念,给出了量子Bell基测量单元数m与用户数n的关系式．量子交换中心完成纠缠交换后不再介入密钥分发,从而保证了通信的安全性．     

一种量子密钥分发和身份认证协议

提出了一种基于量子纠缠态和非正交态的密钥分发及身份认证协议.其中纠缠态粒子用来分发密钥,非正交态粒子用来认证身份和检测量子信息有无被窃听.两者用"按密钥穿插"的方法混合在一起进行传输.由于非正交态粒子的双重作用,不但使得认证过程中不必传递经典信息,而且提高了密钥分发效率.另外此协议同时完成了密钥分发和身份认证,有效防止了以往所提出的协议中可能存在的假冒问题.     

诱骗态量子密钥分发中不可区分假设的合理性和安全性验证

采用贝叶斯决策来区分单诱骗态量子密钥分发中的信号态和诱骗态。分析结果表明,仍然只能得到信号态和诱骗态拥有相同i光子透射率的结论,从而验证了信号态和诱骗态不可区分这一假设的合理性,也验证了诱骗态方法的安全性。此外,分别对比单信号态和信号态+单诱骗态两种情况下光子数分离攻击前后的安全密钥率,发现前者攻击成功,后者攻击失败,这证明了诱骗态存在的必要性,验证了诱骗态方法确实能够抵抗光子数分离攻击,同时也进一步验证了诱骗态方法的安全性。     

简单的非正交诱惑态量子密钥分配方案

基于预报单光子光源,提出了一种实现简单的非正交一诱惑态方案.由于非正交编码协议需要估计参量的项数是BB 84协议的两倍,所以无法完全采用被动诱惑态方案来降低实现的难度.并考虑到实际应用中,激光器不能做到完全消光而无法制备真正的真空态.因此,将主动诱惑态思想和被动诱惑态思想相结合,把所需诱惑态减少为一个弱光强态.数值仿真...     

基于部分纠缠态的高效量子安全直接通信

基于两粒子部分纠缠态提出一种高效量子安全直接通信方案。该方案利用诱骗态来检测窃听,协议安全性等价于BB84协议的安全性。通信双方分别通过受控非操作和局域幺正变换编码秘密消息,利用von Neumann测量,结合经典通信实现秘密消息的高效直接传递。与现有协议不同,通信双方通过不同的操作编码和传输秘密消息,共享两个不对称的量子信道,同时在恢复秘密消息时通信双方各自持有攻击者不能掌握的关键量子比特,使得协议在理想和噪声信道中均安全。所有纠缠比特都用于传输秘密消息,协议的量子比特效率较高。     

非平衡基的连续变量量子密码方案

在非平衡基下,通过局域操作引入纠缠态的非对称性,证明了非平衡基可以提高连续变量量子密码方案的密钥生成速率.以典型的密钥分配实验为例,经过数值计算验证,在同等密钥生成速率的条件下,非平衡基的量子密钥分配安全距离可以扩展20 km左右.     

基于三粒子W态蜜罐的受控量子安全直接通信协议

三粒子W态作为蜜罐粒子应用于受控量子安全直接通信中,以提高窃听检测率和防止double-CNOT攻击。三粒子W态的每个粒子被随机插入到发送序列中探测窃听,每量子位的窃听探测率达到64%。随机插入的蜜罐粒子可以防止接收者在未经控制者同意获取发送者编码前GHZ态粒子1和粒子2的正确关系,即没有控制者同意接受者无法得到任何秘密信息。在安全性分析中,通过引入熵理论得出了每量子位所能包含的最大信息量,对两种蜜罐策略进行了量化比较。如果窃听者试图窃听秘密信息,用扩展的三粒子GHZ态作为诱惑粒子可以得到每量子位58%的窃听探测率,而用三粒子W态作为诱饵可以得到每量子位64%的窃听探测率。     

一种基于量子保密通信及信息隐藏协议方案

为保证网络信息安全,提出了一种具有高安全性基于量子保密通信及信息隐藏协议方案.方案整体上采用与传统经典载体信息隐藏相类比的方法,根据量子态利用量子力学性质设计秘密信息编码方案隐藏秘密信息;利用2个n(n为大于2的整数)粒子纠缠态之间的纠缠交换、一个m粒子纠缠态与一个n(m、n为大于1的整数且m≠n)粒子纠缠态之间的纠缠交换设计秘密信息编码方案,将隐秘信道建立在量子保密通信协议中形成最终的量子信息隐藏协议.并且有望提高目前量子信息隐藏协议的隐藏容量和安全性.     

利用GHZ态实现可控的量子秘密共享

提出了一种利用Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)态实现秘密重建时机可控的量子秘密共享方案. 该方案充分利用了GHZ态3个粒子间的相关性和Hadamard门的特殊性质,通过让Bob和Charlie共享GHZ态共享联合密钥,并使用Hadamard门保证了协议的可控和安全. 方案中,平均消耗1个GHZ态可以共享3 bit经典信息. 由于所有量子态的传输都是单向的,且除去用于检测窃听的粒子外其他均用于有效传输密钥,所以量子比特效率理论上接近100%.