基于不對稱的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)協(xié)議的通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及互聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于不對稱的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)協(xié)議的通信方法。
【背景技術(shù)】
[0002]量子密鑰分發(fā)協(xié)議的安全性是由量子力學的基本定律保證的。其中，量子密鑰分發(fā)協(xié)議應(yīng)用最廣泛的就是BB84協(xié)議，但是在BB84協(xié)議中要求光源是一個單光子源，然而在實際中，單光子源是很難實現(xiàn)的。
[0003]在實際的應(yīng)用中，相關(guān)技術(shù)一般會使用相干光源，卻易導致存在多光子成分。由于光子數(shù)攻擊，多光子成分一定是不安全的，但是單光子成分和多光子成分是在一起的，且很難進行區(qū)分，導致大大降低QKD系統(tǒng)的安全傳輸距離以及安全密鑰的生成率。因此，誘騙態(tài)BB84協(xié)議被提出來解決這個問題。在誘騙態(tài)BB84協(xié)議中，Al ice通過選擇不同強度的光進行編碼，從而可以準確的估計單光子成分，以提高QKD系統(tǒng)的性能。
[0004]具體地，在每一種強度的光下進行編碼，Alice選擇X基矢和Z基矢的概率是相同的，同時，Bob也以相同概率選擇X和Z基矢進行測量，從而保證協(xié)議的安全性。但是不是最優(yōu)的做法。
[0005]然而，誘騙態(tài)BB84協(xié)議中假設(shè)了 Alice和Bob以同樣的概率選擇編碼和探測的基矢，在直觀上，傳輸?shù)男盘栔兄挥幸话肟梢猿纱a，因此誘騙態(tài)BB84協(xié)議并不是最優(yōu)方法，有待改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。
[0007]為此，本發(fā)明的目的在于提出一種基于不對稱的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)協(xié)議的通信方法，該通信方法可以提高安全密鑰的生成率，并且簡單方便。
[0008]為達到上述目的，本發(fā)明實施例提出了一種基于不對稱的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)協(xié)議的通信方法，包括以下步驟:接收方和發(fā)送方建立通信信道；所述發(fā)送方隨機生成數(shù)字序列，并在多個強度的光下對所述數(shù)字序列進行編碼，其中，如果為信號態(tài)的光，則所述發(fā)送方在同一基失下進行編碼，如果為弱誘騙態(tài)的光，則所述發(fā)送方分別以不同的概率選擇在第一基失或第二基失下進行編碼；所述發(fā)送方將編碼信息發(fā)送給所述接收方，所述接收方分別以不同的概率選擇在第一基失或第二基失下測量所述編碼信息，以生成原始碼；以及根據(jù)所述發(fā)送方選擇的編碼的基失和選擇的光的強度以及所述接收方選擇的測量的基失從所述原始碼中篩選共享的密鑰。
[0009]根據(jù)本發(fā)明實施例提出的基于不對稱的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)協(xié)議的通信方法，通過隨機生成數(shù)字序列，并在多個強度的光下對數(shù)字序列進行編碼，并且以不同的概率選擇在第一基失或第二基失下測量編碼信息，以生成原始碼，從而根據(jù)選擇的編碼的基失和選擇光的強度以及選擇的測量的基失從原始碼中篩選共享的密鑰，在保證通信安全性的基礎(chǔ)上，通過不對稱的選擇基失，提高安全密鑰的生成率，同時降低了誘騙態(tài)量子密鑰協(xié)議的系統(tǒng)的復雜度，具有很強的應(yīng)用價值。
[0010]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的基于不對稱的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)協(xié)議的通信方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0011]進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，上述方法還包括:對所述共享的密鑰進行糾錯，以使所述發(fā)送方和所述接收方中的共享的密鑰一致。
[0012]進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，所述通信信道包括量子信道和/或經(jīng)典信道。
[0013]優(yōu)選地，在本發(fā)明的一個實施例中，光源可以為相干光源。
[0014]本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0015]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0016]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的基于不對稱的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)協(xié)議的通信方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0017]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0018]此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
[0019]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0020]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0021]下面在描述根據(jù)本發(fā)明實施例提出的基于不對稱的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)協(xié)議的通信方法之前，先來簡單描述一下相關(guān)技術(shù)中的BB84量子密鑰分發(fā)和誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)協(xié)議。
[0022]首先，BB84量子密鑰分發(fā):
[0023]在BB84量子密鑰分發(fā)協(xié)議中，兩個人，Alice和Bob希望進行安全的通信。其中，他們的通信方法為首先通過量子的手段共享一些完全隨機的安全的密鑰，其次再使用這些密鑰對要通信的信息進行加密，比如可以使用一次一密的方法。這個BB84協(xié)議的安全性是有量子力學性質(zhì)保證的，對稱的BB84協(xié)議細節(jié)如下:
[0024]1.兩個人Alice和Bob之間有量子信道(比如光纖)和經(jīng)典信道。
[0025]2.Alice隨機產(chǎn)生一串01數(shù)串，并將他們以等概率(對稱的)編碼在水平豎直編碼(Z基矢)或者45度和-45度編碼(X基矢)，并使用單光子發(fā)送給Bob。Bob以相同的概率(對稱的)使用X基或Z基測量從Alice發(fā)出的信息，并生成原始碼。
[0026]3.之后Alice和Bob公布自己編碼和測量選擇的基，并對原始碼進行篩選和后處理。只有當他們選擇相同的基進行編碼和測量的時候，Alice和Bob從原始碼得到了一個密鑰。這樣，只有50%的可能性Alice和Bob選擇同樣的基矢進行編碼和測量，則只有大約50 %的原始碼可以生成安全密鑰。
[0027]其次，誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)協(xié)議:
[0028]在BB84協(xié)議中，假設(shè)了 Alice使用的是單光子源。但是完美的單光子源在實際中是非常難以實現(xiàn)的。一般的情況下，是使用弱相干態(tài)光源的。但是這樣就會存在多光子成分。誘騙態(tài)協(xié)議就是通過將量子信號編碼在不同的強度的光下，這里要求相干態(tài)是完全連續(xù)想為隨機的，從而一個相干態(tài)就會被認為是光子數(shù)態(tài)11X11，I 2X2 I，…，I nXn |態(tài)的混合態(tài)。作為一個例子，使用一個具體的實用化的實現(xiàn)方法，也就是“弱誘騙態(tài)+真空態(tài)”的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)協(xié)議。具體的協(xié)議如下:
[0029]1.兩個人Alice和Bob之間有量子信道(比如光纖)和經(jīng)典信道。
[0030]2.Alice隨機產(chǎn)生一串01數(shù)串，并以一定概率將他們編碼在不同的強度，具體的就是信號態(tài)，弱誘騙態(tài)和真空態(tài)這三種強度的完全相位連續(xù)隨機的相干光。
[0031]3.對稱的基矢選擇。對于每一種強度的光，Alice將他們以等概率(對稱的)編碼在水平豎直編碼(Z基矢)或者45度和-45度編碼(X基矢)，并發(fā)送給Bob。當然真空態(tài)就是什么都不發(fā)，則不需要編碼。
[0032]Bob以相同的概率(對稱的)使用X基或Z基測量從Alice發(fā)出的信息，并生成原始碼。
[0033]4.Alice和Bob進行后處理，從原始密鑰得到最終的密鑰。
[0034]①Alice和Bob分別公布自己編碼和測量選擇的基矢，Alice同時公布自己選擇編碼的光的強度，并對原始碼進行篩選和后處理。只有當他們選擇相同的基進行編碼和測量的時候，Alice和Bob從原始碼得到了篩選后的密鑰。
[0035]②Alice和Bob通過糾錯的步驟，來確保他們的密鑰是完全相同的。并估算出Eve最多可能得到的信息。再通過保密放大對的方法得到最終的安全密鑰。
[0036]相關(guān)技術(shù)中，例如在使用激光二極管作為光源的情況下，假設(shè)不同強度光制備不同的偏振態(tài)需要不同的激光二極管。因此，相關(guān)技術(shù)中的方案就需要8個不同的發(fā)光二極管，分別對應(yīng)于弱誘騙態(tài)的4個態(tài)(X和Z基矢的O和I)以及信號態(tài)的4個態(tài)(X和Z基矢的O和I)。需要說明的是，真空態(tài)是不需要額外的發(fā)光二極管的。因此，光源需要8個激光二極管。
[0037]綜上所述，相關(guān)技術(shù)中的方案可以很好的保證通信的安全性，但是生成密鑰的效率上沒有做到最好，只有一半的原始碼可以生成安全密鑰，安全密鑰的生成率較低，同時也會使得光源部分更加復雜，增加了系統(tǒng)復雜度。
[0038]本發(fā)明正是基于上述問題，而提出了一種基于不對稱的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)協(xié)議的通信方法。
[0039]下面參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實施例提出的基于不對稱的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)協(xié)議的通信方法。參照圖1所示，該通信方法包括以下步驟:
[0040]SlOl，接收方和發(fā)送方建立通信信道。
[0041]其中，在本發(fā)明的一個實施例中，通信信道包括量子信道和/或經(jīng)典信道。
[0042]S102，發(fā)送方隨機生成數(shù)字序列，并在多個強度的光下對數(shù)字序列進行編碼，其中，如果為信號態(tài)的光，則發(fā)送方在同一基失下進行編碼，如果為弱誘騙態(tài)的光，則發(fā)送方分別以不同的概率選擇在第一基失或第二基失下進行編碼。