一種基于單向量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)主動(dòng)相位補(bǔ)償?shù)墓舴椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明提出一種基于單向量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)主動(dòng)相位補(bǔ)償?shù)墓舴椒?，首次提出單向相位編碼QKD系統(tǒng)的主動(dòng)相位補(bǔ)償存在的安全性問題，包括線性攻擊和非線性攻擊，該攻擊方法在主動(dòng)相位補(bǔ)償?shù)碾A段，Eve通過量子信道中插入相位調(diào)制器并進(jìn)行選擇性相位調(diào)制，改變Alice發(fā)送的量子態(tài)所攜帶的相位信息，使其變成非標(biāo)準(zhǔn)BB84狀態(tài)；在量子密鑰分發(fā)階段，Eve截獲Alice發(fā)送給Bob的量子態(tài)，選擇測(cè)量算子對(duì)量子態(tài)進(jìn)行半正定算子(POVM)測(cè)量，在得到測(cè)量結(jié)果后，發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)的BB84量子態(tài)給Bob。在非線性攻擊下，可保證在Bob端探測(cè)器接收到的密鑰0和1的比例為1:1的情況下，系統(tǒng)產(chǎn)生的誤碼率低于通信雙方認(rèn)為的安全值。
【專利說明】一種基于單向量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)主動(dòng)相位補(bǔ)償?shù)墓舴椒ā炯夹g(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及量子密鑰分發(fā)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于單向相位編碼量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)主動(dòng)相位補(bǔ)償過程的攻擊方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相位漂移是相位編碼的量子密鑰分發(fā)(QKD)系統(tǒng)的固有問題，是決定QKD系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素，所以對(duì)相位漂移的補(bǔ)償尤為重要。目前，主動(dòng)相位補(bǔ)償方案能夠較為有效的補(bǔ)償系統(tǒng)的相位漂移。
[0003]其做法主要有兩種:第一種，假設(shè)相位調(diào)制器的半波電壓不發(fā)生變化，并且認(rèn)為相位調(diào)制器的調(diào)制電壓和相位之間的關(guān)系是線性的。在這種假設(shè)成立的情況下，Alice只需要通過Bob掃描一個(gè)工作點(diǎn)，即Alice發(fā)送一定數(shù)目的光子，這些光子攜帶的相位信息是固定的，Bob通過調(diào)節(jié)自己的相位調(diào)制器(調(diào)節(jié)的相位范圍為0-2 π )改變兩個(gè)單光子波包之間的相位差來對(duì)此工作點(diǎn)的相位進(jìn)行掃描，然后根據(jù)單光子干涉曲線確定工作點(diǎn)位置，其它的工作點(diǎn)則根據(jù)半波電壓以及電壓和相位之間的線性關(guān)系得到。但是實(shí)際器件中半波電壓是在變化的，而且這種關(guān)系也并非是線性的。所以對(duì)該補(bǔ)償方案進(jìn)行了改進(jìn)，也就是第二種補(bǔ)償方案，在此方案中，不再利用調(diào)制電壓和相位之間的線性關(guān)系，Alice的四個(gè)工作點(diǎn)以及Alice和Bob的相位調(diào)制器的半波電壓都要利用上述方式進(jìn)行掃描得到。
[0004]雖然采用上述的主動(dòng)相位補(bǔ)償方案可以有效的解決相位漂移問題，但在該補(bǔ)償過程中存在的安全性問題還沒有人考慮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明首次提出了單向相位編碼QKD系統(tǒng)的主動(dòng)相位補(bǔ)償過程中存在的安全性問題，為了克服上述補(bǔ)償相位補(bǔ)償方法中存在的安全性問題，本發(fā)明提出了一種基于單向相位編碼量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)(QKD)主動(dòng)相位補(bǔ)償(APC)的攻擊方法，將該方法稱為APC攻擊，采用該攻擊方法能夠提高通信安全。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述APC攻擊，其技術(shù)方案為:
[0007]—種基于單向量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)主動(dòng)相位補(bǔ)償?shù)墓舴椒?，首先在主?dòng)相位補(bǔ)償?shù)碾A段，Eve通過調(diào)節(jié)插入在長程光纖中相位調(diào)制器改變Alice發(fā)送的單光子波包之間的相位差，使Alice的四個(gè)工作點(diǎn)的量子態(tài)變成非標(biāo)準(zhǔn)BB84狀態(tài)；其次在量子密鑰分發(fā)階段，Eve對(duì)Alice發(fā)送給Bob的量子態(tài)進(jìn)行截獲測(cè)量并重發(fā)，即該攻擊方法包括兩部分:
[0008]第一 部分，在主動(dòng)相位補(bǔ)償?shù)碾A段，Eve通過量子信道中插入相位調(diào)制器，對(duì)其進(jìn)行選擇性相位調(diào)制，以改變Alice發(fā)送的量子態(tài)所攜帶的相位信息，使其變成非標(biāo)準(zhǔn)BB84狀態(tài)；
[0009]第二部分，在量子密鑰分發(fā)階段Eve做攻擊，Eve截獲Alice發(fā)送給Bob的量子態(tài)，并選擇測(cè)量算子Mtl進(jìn)行半正定算子POVM測(cè)量，在得到測(cè)量結(jié)果后，以的比例隨機(jī)的發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)的BB84狀態(tài)O和
【權(quán)利要求】
1.一種基于單向量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)主動(dòng)相位補(bǔ)償?shù)墓舴椒?，其特征在于，包括兩部? 第一部分，在主動(dòng)相位補(bǔ)償?shù)碾A段，Eve通過在量子信道中插入相位調(diào)制器，對(duì)其進(jìn)行選擇性相位調(diào)制，以改變Alice發(fā)送的量子態(tài)所攜帶的相位信息，使其變成非標(biāo)準(zhǔn)BB84狀態(tài)； 第二部分，在量子密鑰分發(fā)階段Eve做攻擊，Eve截獲Alice發(fā)送給Bob的量子態(tài)，并選擇測(cè)量算子Mtl進(jìn)行半正定算子POVM測(cè)量，在得到測(cè)量結(jié)果后，以的比例隨機(jī)的發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)的ΒΒ84狀態(tài)0和3π/2給此13，其中α+β =1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單向量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)主動(dòng)相位補(bǔ)償?shù)墓舴椒ǎ涮卣髟谟?，所述主?dòng)相位補(bǔ)償過程具體為: 511.Alice發(fā)送一定數(shù)目的確定量子態(tài)的單光子給Bob進(jìn)行掃描,Bob已知每次Alice發(fā)送過來的單光子所攜帶的相位信息； 512.Bob調(diào)節(jié)自己的相位調(diào)制器PMB改變兩個(gè)單光子波包之間的相位差，其相位調(diào)節(jié)范圍為0-2 π JtAlice發(fā)送過來的單光子進(jìn)行掃描，通過得到的單光子干涉曲線確定這些單光子所攜帶相位的漂移量； 513.Bob通過經(jīng)典信道通知Alice該工作點(diǎn)的單光子需要修改的相位對(duì)應(yīng)的電壓值； Eve在長程光纖中插入自己的相位調(diào)制器，在所述主動(dòng)相位補(bǔ)償過程的步驟Sll后，通過調(diào)制自身的相位調(diào)制器對(duì)從Alice發(fā)送過來的單光子加載相位，改變兩個(gè)單光子波包之間的相位差，以改變Alice發(fā)送的量子態(tài)所攜帶的相位信息，使其變成非標(biāo)準(zhǔn)BB84狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于單向量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)主動(dòng)相位補(bǔ)償?shù)墓舴椒?，其特征在于，所述在主?dòng)相位補(bǔ)償過程中Eve的操作中，Eve在兩個(gè)單光子波包之間的相位差上附加一個(gè)新的相位差δ ,Alice通過Bob端得到的單光子干涉曲線進(jìn)行調(diào)整后，其相位不再是標(biāo)準(zhǔn)的BB84狀態(tài)；具體為: Alice發(fā)送攜帶標(biāo)準(zhǔn)BB84相位O的單光子給Bob時(shí)；Eve不改變這些單光子波包的相位差；Bob根據(jù)掃描得到的單光子干涉曲線通知Alice需要調(diào)整的相位為相位漂移δ d，則lice的這一工作點(diǎn)的相位仍為狀態(tài)O ; Alice發(fā)送攜帶標(biāo)準(zhǔn)BB84相位y的單光子給Bob時(shí)；Eve對(duì)這些單光子波包的相位差上加載新的相位差(f-4); Bob根據(jù)掃描得到的單光子干涉曲線通知Alice需要調(diào)整的相位為相位漂移量和Eve改變的量；則Alice的這一工作點(diǎn)的相位變?yōu)棣?； Alice發(fā)送攜帶標(biāo)準(zhǔn)ΒΒ84相位π的單光子給Bob時(shí)；Eve對(duì)這些單光子波包的相位差上加載新的相位差(π - ( δ 1+ δ 2)) ;Bob根據(jù)掃描得到的單光子干涉曲線告訴Alice需要調(diào)整的相位為相位漂移量和Eve改變的量；則Alice的工作點(diǎn)的相位變?yōu)棣?1+ δ 2 ;Alice發(fā)送攜帶標(biāo)準(zhǔn)BB84相位,的單光子給Bob時(shí)；Eve對(duì)這些單光子波包的相位差上加載新的相位差(3π/2(σ1+σ2+σ3)); Bob根據(jù)掃描得到的單光子干涉曲線告訴Alice需要調(diào)整的相位為相位漂移量和Eve改變的量；則Alice的工作點(diǎn)的相位變?yōu)棣?1+ δ 2+ 5 3 ；即Eve將Alice的原有的四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的BB84狀態(tài)
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于單向量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)主動(dòng)相位補(bǔ)償?shù)墓舴椒ǎ涮卣髟谟?，?dāng)S11S2, 63滿足條件δ1= δ2= δ3，即所述攻擊為線性APC攻擊；否則為非線性APC攻擊； 在保證Bob端探測(cè)器得到密鑰O和密鑰I的概率相同的情況下，改變SpShS3的值能夠使得所述非線性APC攻擊產(chǎn)生的誤碼率QBER低于線性APC攻擊的QBER。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于單向量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)主動(dòng)相位補(bǔ)償?shù)墓舴椒ǎ涮卣髟谟?，?duì)于非線性APC攻擊，所述POVM測(cè)量包括四個(gè)測(cè)量算子，分別為(Mtl, M1, M2, M34I ；Eve3疋只選擇Mtl對(duì)量子態(tài)進(jìn)行測(cè)量，得到測(cè)量結(jié)果時(shí)，Eve以α: β的比例隨機(jī)的發(fā)送
【文檔編號(hào)】H04L9/08GK103929300SQ201410179045
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】董照月, 王金東, 于寧娜, 魏正軍, 張智明 申請(qǐng)人:華南師范大學(xué)