基于GHZ态的量子密钥分发协议

摘要：在用户与用户进行量子密钥分发的时候,随着用户数量的增加,用户之间需要建立大量的量子传输信道。基于减少量子传输信道数量问题,本文设计了一种基于GHZ态的量子密钥分发协。该协议由第三方进行粒子分配,利用三粒子GHZ态在Z基和X基下具有不同的表示的特性作为密钥分发的关键点。协议中由第三方向任意两名用户分发密钥,大大减少了量子信道的数量。经过安全性分析,本协议能抵御截获重发攻击,中间人攻击和纠缠攻击,而作为第三方可以是不可信的。     

具有双向身份认证功能的量子密钥分发协议

提出了一种具有身份认证功能的量子密钥分发协议。该协议利用Bell态纠缠交换特性、Bell基测量和按位异或运算,可以高效完成通信双方的身份认证;身份认证完成后,通信双方对手中粒子进行Pauli操作,能得到与对方拥有一样的Bell态粒子;通信双方按照约定的编码规则,得到相同二进制字符串作为密钥。分析表明,提出的密钥分发协议过程简单、操作容易实现,协议的安全性也能得到保证。     

一种量子密钥分发中的身份认证协议

假设两通信用户共享一初始比特串K,提出一种新的思想,即共享的K不直接用来认证,而是先经过一个简单算法将其转换为一个较长的K′,在对K′作适当处理后再用来认证。在此基础上几乎所有的量子密钥分发协议都可以同时进行身份认证。作为例证,还提出一个新的基于非正交纠缠态的量子身份认证(QKA)协议,该协议能同时进行量子密钥分发(QKD),分析表明此协议比传统的QKD协议更简单、安全。     

基于高维纠缠态的量子密钥分发协议

为了提高量子密钥分发的效率和安全性,利用高维Hilbert空间中的Bell态和Hadamard门设计了一种量子密钥分发协议。首先通过量子态的动态演变验证了三维Bell纠缠态在Z基和X基下具有不同的表示特性,然后以此为基础进行协议设计,其中利用Z基测量来检测窃听,利用X基测量来产生密钥。安全性分析表明,该协议可以抵抗截获重发、纠缠附加粒子和特洛伊木马三种常见的攻击。最后将协议与其他方案进行了比较,该协议在保证量子比特效率50%的基础上,安全性也有所提升。     

基于Bell态与其纠缠性质的量子密钥分发

为了提高量子密钥分发的可行性、安全性和效率,在通信双方间通过构建经典信道和量子信道,提出了一种基于Bell态与其纠缠性质的量子密钥分发协议.该协议可行、安全、简单有效,通过严格的数学推导证明了窃听者不可能获取密钥而不被发现.此外,得出了该协议效率与安全的数学模型,并通过MATLAB仿真分析了协议效率与安全的关系.     

双场量子密钥分发协议的相位离散化分析

双场量子密钥分发协议（TF-QKD）的提出,突破性地将密钥速率改善为与信道透过率的平方根相关,可以在没有量子中继器的情况下克服密钥速率容量界。在传统的TF-QKD协议中,需要相干光源所添加的随机相位是连续的。然而在现实条件中,这样的假设经常无法满足,由此会降低协议的实际安全性。针对此问题提出了一种在测试模式和编码模式下具有随机相位离散化特征的TF-QKD协议,并使用了离散随机相位情况下的诱骗态方法进行分析。仿真结果表明,只需要少量的离散相位,随机相位离散化TF-QKD协议的密钥速率也可以超过密钥速率容量界,从而为TF-QKD协议的实际应用提供参考。     

一种基于有限密钥和诱骗态的双场量子密钥分发协议

量子保密通信技术为电力业务数据传输提供端到端的信息安全保障,双场量子密钥分发(Twin-field Quantum Key Distribution, TF-QKD)可实现无量子中继器的远程安全通信,但其安全性是基于无限密钥的假设。为解决现实场景中量子密钥有限和光子源不稳定的情形,提出一种基于有限密钥和诱骗态的双场量子密钥分发协议。在协议中采用诱骗态法和无替换的随机抽样法估计相位错误率,并利用Azuma不等式对协议进行安全性分析,验证了在不稳定光子源强度波动下协议的可组合安全性。数值模拟表明所提协议在不稳定光子源强度波动下得到的秘密密钥率可以超过线性密钥率的界线,且当信号脉冲数量较小时,强度波动对协议密钥率有显著影响。     

基于量子随机数发生器的量子密钥分发系统

量子随机数发生器能够产生不可预测的真随机数,可以解决随机数安全问题。在F-M系统的基础上,结合基于光子到达时间的量子随机数发生器实现方案,设计一种基于量子随机数发生器的量子密钥分发系统。该系统相比于F-M系统具有更高的随机数安全性,能够进一步提高智能电网中测控信息的安全性。     

量子密钥分发误码协调算法分析

误码消除是量子密钥分发过程的关键技术之一。分析了奇偶-汉明单向函数纠错算法的原理,给出了对原始量子密钥进行误码协调的步骤及表达式,对这种算法的纠错能力进行了理论和实验分析。结果显示,当原始密钥误码率为11%时,利用该纠错技术能够完全消除误码,且最终密钥生成效率与密钥的原始误码率直接相关。     

基于四粒子W态的量子密钥分配协议

量子的纠缠特性可以有效并且安全地应用于量子秘钥分配协议。提出一个基于四粒子W态的密钥分配协议。利用量子W态在量子比特丢失后拥有较强鲁棒性的特点,通过使用不同的测量基把检测信道和生成密钥的粒子区分开来,经贝尔测量和与运算使通信双方生成一致的密钥。除了用于信道检测的粒子外,其余的粒子都参与了最后密钥的生成,使得粒子的利用率较高。最后,对提出的四粒子W态的密钥分配协议的安全性进行了分析。     

Unambiguous State Discrimination in Quantum Key Distribution

The quantum circuit and design are presented for an optimized entangling probe attacking the BB84 Protocol of quantum key distribution (QKD) and yielding maximum information to the probe. Probe photon polarization states become optimally entangled with the signal states on their way between the legitimate transmitter and receiver. Although standard von-Neumann projective measurements of the probe yield maximum information on the pre-privacy amplified key, if instead the probe measurements are performed with a certain positive operator valued measure (POVM), then the measurement results are unambiguous, at least some of the time. It follows that the BB84 (Bennett–Brassard 1984) protocol of quantum key distribution has a vulnerability similar to the well-known vulnerability of the B92 (Bennett 1992) protocol Pacs: 03.67.Dd, 03.67.Hk, 03.65.Ta     

量子密钥分配协议仿真平台的研究与设计

量子密钥分配协议是目前信息安全方向的一大研究热点,物理实验已难以应付层出不穷的协议来证明它的安全性。通过仿真平台来验证协议的安全性,是最经济有效的做法。利用.NET开发平台、C#语言开发了一个量子密钥分配协议仿真平台,并对已有的BB84协议进行了仿真,得到了与理论结果一致的仿真结果。     

基于量子单向函数的身份认证和密钥分配协议

研究量子单向函数和信息分割原理,提出一种身份认证和密钥分配协议。使用可信服务器为示证者提供随机身份信息,以完成认证过程的确认,在密钥分配的同时进行认证,利用量子单向函数提高认证的安全性。实验结果表明,该协议涉及的量子通信技术易于实现,能提高密钥的分配效率。     

BB84量子密钥分配协议在专网中的应用

依据专用网络的特点,对BB84量子密钥分配协议做了改进,提出一种适用于专用网络的BB84-PN协议。该协议通过身份认证和量子物理特性,提高了安全性。同时,在通信过程中通过协商传输量子密钥规则,有效地提高了传输效率。     

解析量子密钥分配中量子LDPC码的应用

将BB84密钥分配协议看做一个Wire-tap的信道模型,其主信道为二进制对称信道,比特翻转率为025ε,窃听信道是二进制删除信道,删除概率为1-ε.通过量子LDPC编码方式,BB84编写实现主信道的安全通信,同时对BB84协议的安全性进行证明.最后,对Wire-tap信道的安全容量进行计算,最终得到BB84协议下量子LDPC码的可容忍误码率.