CN107733640B - 基于连续随机测量基的连续变量量子密钥分发方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于连续随机测量基的连续变量量子密钥分发方法，包括以下步骤：步骤一：发送端相干态的高斯调制，发送端准备高斯分布的真随机数，并制备相干态；根据高斯随机数集合的元素，通过强度和相位调制器对相干态进行编码；步骤二：高斯信号的传递，发送端将完成编码的相干态信号通过量子信道传输给接收端；步骤三：接收端连续随机测量基解调，接收端首先准备若干个连续随机分布的二进制变量；步骤四：数据协商及保密增强。本发明不需要进行基比对而丢弃部分原始数据串而且在目前的技术条件下可以很容易的实现。另外本发明由于采用连续分布的相位角，所以对数模转化器和相位调制器的性能要求会相对降低，便于工程实现。

Description

基于连续随机测量基的连续变量量子密钥分发方法
技术领域
本发明涉及量子保密通信技术领域，具体地，涉及一种基于连续随机测量基的连续变量量子密钥分发方法。
背景技术
在计算机信息技术和通信技术迅速发展的背景下，对信息安全性的要求日益增加。近年来，随着经典计算机计算能力的提高和量子计算机研究的重大突破，依赖于数学密码的信息安全体制将面临着严峻的挑战。量子保密通信的出现开辟了基于物理机制的密码学的新思路和新方法，它的出现改变了传统的基于数学方法的加密方式，并且它基于物理特性的无条件安全性给它带来了无与伦比的优势。
量子密钥分发技术整体上分为两大类：离散变量量子密钥分发和连续变量量子密钥分发，和离散变量量子密钥分发技术相比，连续变量量子密钥分发技术具有更高的通信速率和效率，因此，吸引了世界上许多研究机构对其理论和应用技术进行了深入研究；同时也正是如此，使得连续变量量子保密通信技术成为整个保密通信技术的一个重要分支。目前国内外对于连续变量量子保密通信研发了各种各样的协议，其中应用最广泛的是高斯调制相干态连续变量量子密钥分发协议，该协议在理论上被证明是无条件安全的。
在该协议中，如果在接收端采用平衡零差检测，会依据加载在相位调制器上面的角度来决定测量量子态的哪一个正交分量，会依据此角度丢弃一部分信息比特；如果在接收端采用外差检测，研究发现该方案并没有像期望的那样使密钥率增加二倍，却增加了系统的复杂度。另外，在实际实验系统中，会涉及到很多器件以及软件控制程序，这些器件以及软件的不完美性就会引入安全漏洞，对系统的实际安全性造成威胁。比如，0和π/2之间的电压跳变范围很大，所以可能会造成调制角度不是最初的期望值。因此，优化研究性能更加出色的连续变量量子密钥分发协议仍旧具有很重要的意义。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于连续随机测量基的连续变量量子密钥分发方法，其用于优化以及弥补现有的连续变量量子密钥分发协议基选择部分存在的不足之处。一种基于连续随机测量基的连续变量量子密钥分发方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：发送端相干态的高斯调制，发送端准备高斯分布的真随机数，并制备相干态；根据高斯随机数集合的元素，通过强度和相位调制器对相干态进行编码；
步骤二：高斯信号的传递，发送端将完成编码的相干态信号通过量子信道传输给接收端；
步骤三：接收端连续随机测量基解调，接收端首先准备若干个连续随机分布的二进制变量，该二进制变量对应的角度分布范围应该在0到2π之间，利用该二进制变量和平衡零差探测器，实现对发送端发送的量子态的随机测量；然后接收端将其调制的角度发送给发送端，发送端获得测量基信息之后根据这些测量基信息对自己的量子信息进行重构；至此，发送端和接收端完成制备、发送和测量过程，合法双方同时获得一组相关的变量；
步骤四：数据协商及保密增强，通过经典信道，发送端和接收端两方进行协商，判断是否存在窃听行为，如果存在，则放弃此次通信，如果不存在，两者分别对自己的符号串进行量化，得到相关比特串，并通过保密增强，最终得到量子密钥；在实际系统中，通常在此步骤之前需要从密钥比特串中选取一部分数据进行参数估计，用以评估信息在信道传输过程中的各个参数；数据量的大小应该由有限长安全性理论计算、传输距离、所需求的安全密钥率共同决定；这部分数据将不再用于生成密钥。
优选地，所述接收端采用了连续分布在0到2π之间的随机相位角对接收到的量子态进行调制。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明降低了系统的复杂度和开销，采用的连续分布在0到2π之间的随机相位角对接收到的量子态进行调制，只需要最后在发送端根据接收端的此相位角对其自身数据进行重构即可，不再需要平衡零差探测时候的基比对过程，也不需要对量子信息进行丢弃，而且区别于之前的高斯调制相干态连续变量量子密钥分发协议，之前的协议涉及到的接收端随机测量基调制需要对接收到的每一个脉冲进行随进测量基选择来保证安全性，而本发明提出的方案涉及到一个连续的随机分布相位角调制，不再需要对每一个脉冲进行随机相位角调制，可以几百帧调制一个相位角。同时，本发明不需要额外的光器件及控制器件，在可以完成高斯调制相干态的连续变量量子密钥分发协议的系统上即可以实现本发明的方案。本方案等价于之前的高斯调制相干态连续变量量子密钥分发协议，外加一个对于合法双方都为已知量的相位漂移值。所以协议的理论安全性也可以得到保证。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明基于连续随机测量基的连续变量量子密钥分发方法的原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明基于连续随机测量基的连续变量量子密钥分发方法包括以下步骤：
步骤一：发送端相干态的高斯调制，发送端准备高斯分布的真随机数，并制备相干态。根据高斯随机数集合的元素，通过强度和相位调制器对相干态进行编码；
步骤二：高斯信号的传递，发送端将完成编码的相干态信号通过量子信道传输给接收端；
步骤三：接收端连续随机测量基解调，接收端首先准备若干个连续随机分布的二进制变量，该二进制变量对应的角度分布范围应该在0到2π之间，利用该二进制变量和平衡零差探测器，实现对发送端发送的量子态的随机测量。然后接收端将其调制的角度发送给发送端，发送端获得测量基信息之后根据这些测量基信息对自己的量子信息进行重构。至此，发送端和接收端完成制备、发送和测量过程，合法双方同时获得一组相关的变量；
步骤四：数据协商及保密增强，通过经典信道，发送端和接收端两方进行协商，判断是否存在窃听行为，如果存在，则放弃此次通信，如果不存在，两者分别对自己的符号串进行量化，得到相关比特串，并通过保密增强，最终得到量子密钥。在实际系统中，通常在此步骤之前需要从密钥比特串中选取一部分数据进行参数估计，用以评估信息在信道传输过程中的各个参数。数据量的大小应该由有限长安全性理论计算、传输距离、所需求的安全密钥率共同决定。这部分数据将不再用于生成密钥。
本发明不同于之前的高斯调制相干态连续变量量子密钥分发协议，在接收端采用了连续分布在0到2π之间的随机相位角对接收到的量子态进行调制，这样只需要最后在发送端根据接收端的此相位角对其自身数据进行重构即可，不再需要平衡零差探测时候的基比对过程，也会对量子信息进行丢弃，在一定程度上节约了开销。
本发明不需要额外的光器件及控制器件，在可以完成高斯调制相干态的连续变量量子密钥分发协议的系统上即可以实现本发明的方案。
本发明等价于之前的高斯调制相干态连续变量量子密钥分发协议，外加一个对于合法双方都为已知量的相位漂移值。所以在理论安全性和安全码率计算方面有着相同性。
本发明在接收端是连续变化的随机测量基，所以接收端对于器件的精度要求相对降低一些。
本发明区别于之前的高斯调制相干态连续变量量子密钥分发协议，本发明提出的方案涉及到一个连续的随机分布相位角调制，不再需要对每一个脉冲进行随机相位角调制，可以几百帧调制一个相位角。
本发明降低了系统的复杂度和开销，采用的连续分布在0到2π之间的随机相位角对接收到的量子态进行调制，区别于之前的高斯调制相干态连续变量量子密钥分发协议，不再需要平衡零差探测时候的基比对过程，也不需要对量子信息进行丢弃，同时不再需要对每一个脉冲进行随机相位角调制，可以几百帧调制一个相位角。而且，本发明不需要额外的光器件及控制器件，在现有的可以完成高斯调制相干态的连续变量量子密钥分发协议的系统上即可实现本发明的方案。本方案等价于之前的高斯调制相干态连续变量量子密钥分发协议，外加一个对于合法双方都为已知量的相位漂移值。所以协议的理论安全性也可以得到保证。
本发明不需要进行基比对而丢弃部分原始数据串而且在目前的技术条件下可以很容易的实现。另外本发明由于采用连续分布的相位角，所以对数模转化器和相位调制器的性能要求会相对降低，便于工程实现。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (2)

1.一种基于连续随机测量基的连续变量量子密钥分发方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：发送端相干态的高斯调制，发送端准备高斯分布的真随机数，并制备相干态；根据高斯随机数集合的元素，通过强度和相位调制器对相干态进行编码；
步骤二：高斯信号的传递，发送端将完成编码的相干态信号通过量子信道传输给接收端；
步骤三：接收端连续随机测量基解调，接收端首先准备若干个连续随机分布的二进制变量，该二进制变量对应的角度分布范围应该在0到2π之间，利用该二进制变量和平衡零差探测器，实现对发送端发送的量子态的随机测量；然后接收端将其调制的角度发送给发送端，发送端获得测量基信息之后根据这些测量基信息对自己的量子信息进行重构；至此，发送端和接收端完成制备、发送和测量过程，合法双方同时获得一组相关的变量；
步骤四：数据协商及保密增强，通过经典信道，发送端和接收端两方进行协商，判断是否存在窃听行为，如果存在，则放弃此次通信，如果不存在，两者分别对自己的符号串进行量化，得到相关比特串，并通过保密增强，最终得到量子密钥；在实际系统中，通常在此步骤之前需要从密钥比特串中选取一部分数据进行参数估计，用以评估信息在信道传输过程中的各个参数；数据量的大小应该由有限长安全性理论计算、传输距离、所需求的安全密钥率共同决定；这部分数据将不再用于生成密钥。
2.根据权利要求1所述的基于连续随机测量基的连续变量量子密钥分发方法，其特征在于，所述接收端采用了连续分布在0到2π之间的随机相位角对接收到的量子态进行调制。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108377192B (zh) * 2018-02-27 2020-06-26 中南大学 无代理量子比特承诺协议的终端互信构建方法及模拟装置
CN108306731B (zh) * 2018-03-21 2020-10-23 上海循态信息科技有限公司 基于基编码的连续变量量子密钥分发方法及系统
CN109586850B (zh) * 2019-01-24 2021-04-27 北京邮电大学 一种用于连续变量量子密钥分发系统中的基于极化码的分层数据协调方法
US11082216B2 (en) 2019-10-30 2021-08-03 Eagle Technology, Llc Quantum communication system having quantum key distribution and using a midpoint of the talbot effect image position and associated methods
US11240018B2 (en) 2019-10-30 2022-02-01 Eagle Technology, Llc Quantum communications system having quantum key distribution and using a talbot effect image position and associated methods
US11050559B2 (en) 2019-11-19 2021-06-29 Eagle Technology, Llc Quantum communications system using Talbot effect image position and associated methods
CN112073190A (zh) * 2020-09-01 2020-12-11 上海循态信息科技有限公司 随机调制相位和幅度的量子噪声密码通信方法及系统
CN113285800B (zh) * 2021-05-14 2022-10-25 上海循态量子科技有限公司 基于相干态的连续变量量子身份认证方法和系统
CN114205080B (zh) * 2021-12-01 2022-11-11 山西大学 离散调制连续变量量子密钥分发态调制和密钥映射方法
CN114553419B (zh) * 2022-03-24 2024-05-17 上海循态量子科技有限公司 基于连续变量量子密钥分发的量子身份认证方法及系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104301101A (zh) * 2014-10-22 2015-01-21 上海交通大学 一种量子密钥分发系统相位补偿方法
CN106161009A (zh) * 2016-08-19 2016-11-23 浙江神州量子网络科技有限公司 基于时间‑相位编码的量子密钥分发系统及编码装置和解码装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2735111B1 (en) * 2011-07-18 2018-10-17 Ben-Gurion University of The Negev Research & Development Authority Spectral and temporal stealthy fiber optic communication using sampling and phase encoding detection system
US9306781B2 (en) * 2014-04-01 2016-04-05 Samsung Electronics Co., Ltd Apparatus and method for receiving signal in communication system supporting Gaussian frequency shift keying modulation scheme

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104301101A (zh) * 2014-10-22 2015-01-21 上海交通大学 一种量子密钥分发系统相位补偿方法
CN106161009A (zh) * 2016-08-19 2016-11-23 浙江神州量子网络科技有限公司 基于时间‑相位编码的量子密钥分发系统及编码装置和解码装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
25 MHz clock continuous-variable quantum key distribution system over 50 km fiber channel;汪超等;《Scientific Reports》;20150930;第5卷;全文 *
连续变量量子密钥分发的光路设计与方案研究;房坚;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息技术辑》;20150630;第2.2节、第3.2节 *

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