一种连续变量测量设备无关量子密钥分发方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于连续变量测量设备无关量子密钥分发方法及系统，包括：步骤M1：发送端和接收端进行量子信号制备与编码；步骤M2：发送端和接收端将量子信号传递至测量端，测量端对量子信号进行干涉，并将干涉后的量子信号进行检测；步骤M3：对检测的量子信号进行信息解码；步骤M4：根据发送端和接收端根据保存的制备量子信号(X

【技术实现步骤摘要】
一种连续变量测量设备无关量子密钥分发方法及系统
本专利技术涉及量子保密通信
，具体地，涉及一种连续变量测量设备无关量子密钥分发方法及系统，更为具体地，涉及一种基于连续变量相干态实现的新型测量设备无关量子密钥分发协议，该协议具体采用基于离散调制的相位匹配方法进行量子密钥分发。
技术介绍
连续变量量子密钥分发技术可以利用相干检测的方法，使得相距较远的两个通信方实现具备信息论安全的密钥分发。由于连续变量量子密钥分发技术继承了经典相干光通信的诸多优势，具有更高的信道容量和与经典光通信的融合性，该技术得到了世界上许多主流量子密码研究机构的广泛关注。至今各国研究者针对连续变量量子密钥分发提出了各种各样的协议，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，该协议在理论上已经被证明是无条件安全的。目前连续变量量子密钥分发技术成为整个量子保密通信技术的一个重要分支，而且市场上已经出现了商用产品，已经朝着产业化的方向迈进。然而虽然高斯调制相干态连续变量量子密钥分发已经在理论上证明了其安全性，但系统的各种实际器件的非理想性会引入实际安全性漏洞及相关攻击，如本振抖动攻击、校准攻击、波长攻击等，从而会使得系统运行不再具有理论上描述的无条件全性。为去除这种实际安全性漏洞，有研究者提出了连续变量测量设备无关量子密钥分发(CV-MDI-QKD)方案，可去除测量方不完善等因素引入的实际安全性问题。然而这类方案在实际运行时，如要产生有效安全密钥，要求使用的连续变量量子相干检测的效率达到近乎理想的条件，这极大限制了CV-MDI-QKD的实际应用推广。事实上，至今都几乎没有一个真正实际实现的CV-MDI-QKD实验的报道。专利文献CN111404681A(申请号：202010176435.7)公开了一种连续变量测量设备无关量子密钥分发方法、系统及介质，包括：步骤A：根据频偏估计技术，并借助导频信号对合法双方与中间方之间的频偏进行估计，实现频偏补偿；步骤B：根据相位估计技术，并根据合法双方公开的数据，计算与中间方接收数据间的相关系数，估计出各自信道所引入的相位漂移，实现量子信号的相位补偿。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于连续变量测量设备无关量子密钥分发方法及系统。根据本专利技术提供的一种基于连续变量测量设备无关量子密钥分发方法，包括：步骤M1：发送端和接收端进行量子信号制备与编码，得到发送端和接收端的量子信号(XA,PA)和(XB,PB)；步骤M2：发送端和接收端将量子信号传递至测量端，测量端对量子信号进行干涉，并将干涉后的量子信号进行检测，得到测量值XC及PD；步骤M3：对检测后的量子信号进行信息解码；步骤M4：根据发送端和接收端保存的制备量子信号(XA,PA)和(XB,PB)以及测量方公开的对应的测量值XC及PD进行参数评估；步骤M5：根据解码的量子信号进行数据协商及根据参数评估进行保密增强。优选地，所述步骤M1包括：步骤M1.1：根据发送端和接收端的二进制真随机数发生器分别得到二进制真随机数串R1和R2；步骤M1.2：根据二进制真随机数R1和R2选择对应基的编码相干态量子信号；步骤M1.3：通过可调衰减器调整相干态量子信号，最优化最终产生的安全密钥率。优选地，所述步骤M1.2包括：发送端根据二进制真随机数R1中随机数选择编码基X或P，其中，0选择X基，1选择P基；基于二进制真随机数R1中编码基的选择，根据二进制真随机数R2中随机数选择对应基的编码相干态量子信息；当二进制真随机数R1的编码基为X基时，当二进制真随机数R2为0时，则选择相干态|α>；当二进制真随机数R2为1时，则选择相干态|αeπi>；当二进制真随机数R1的编码基为P基时，当二进制真随机数R2为0时，则选择相干态|αeπi/2>；当二进制真随机数R2为1时，则选择相干态|αe3πi/2>，其中，a表示相干态量子信号的幅值，i表示虚数单位。优选地，所述步骤M2包括：步骤M2.1：发送端和接收端同时将完成编码的量子信号通过量子信道发送给测量端；步骤M2.2：测量端通过光分束器对量子信号进行干涉；步骤M2.3：对干涉后的量子信号进行相干检测，分别得到测量值XC及PD。优选地，所述步骤M2.3包括：所述发送端和接收端将密钥信息编码在相互匹配的连续变量信号的离散相位上，而且测量端信息的公布不会泄露密钥信息，利用预设低效率的量子零差检测器实现测量设备无关量子密钥分发，分别得到测量值XC及PD。优选地，所述步骤M3包括：步骤M3.1：发送端和接收端都公开各自的随机数串R1，并分别保存发送端和接收端基一致的随机数串R1且测量值XC及PD分别满足对于同样X基时{XC∈R:-δC≤XC≤δC}或对于同样P基时{PD∈R:-δD≤PD≤δD}的R2，分别将满足上述判决条件的发送端随机数串R1和R2对应基编码的相干量子信号记为KA、接收端随机数串R1和R2的对应基编码的相干量子信号记为KB；其中，R表示实数，XC表示测量方通过Hom量子零差检测器检测的量子信号的X分量，δC表示检测的X分量的判决门限，即通过判断测量方公布的结果是否满足判决门限范围，发送方和接收方各自判断他们当前制备和编码的信号是否可以产生有效密钥，下标C表示Hom量子零差测量器检测的量子信号模为C，PD表示测量方通过Hom量子零差检测器检测的量子信号的P分量，δD表示检测的P分量的判决门限；步骤M3.2：当发送端和接收端随机数串R1对应选择的都为P基时，接收端翻转KB比特，发送端和接收端形成一致密钥比特K及K’；步骤M3.3：发送端和接收端各自保留不满足KA和KB的不同基的相干态量子信号，并将发送端不满足KA的不同基的相干态量子信号记为(XA,PA)，将接收端不满足KB的不同基的相干态量子信号记为(XB,PB)。优选地，所述步骤M4包括：发送端和接收端根据保存的制备量子信号(XA,PA)和(XB,PB)以及测量方公开的对应的测量值XC及PD进行参数评估。优选地，所述步骤M5包括：步骤M5.1：通过经典信道，发送端和接收端两方对产生的密钥比特K及K’进行协商，得到一致的比特串；步骤M5.2：根据参数评估得到参数计算压缩因子，对得到的比特串进行保密增强操作，最终得到一串共享的安全密钥。优选地，所述参数评估包括：评估通信过程中的信道过噪声及信道透过率，评估泄露的信息量和合法方的互信息量；根据上述参数评估，判断密钥率是否大于零，即合法方是否能获取安全密钥，当密钥率小于零，则放弃通信，重新开始。根据本专利技术提供的一种基于连续变量测量设备无关量子密钥分发系统，包括：模块M1：发送端和接收端进行量子信号制备与编码，得到发送端和接收端的量子信号(XA,PA)和(XB,PB)；模块M2：发送端和接收端将量子信号传递至测量端，测量端对量子信号进行干涉，并将干涉后的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于连续变量测量设备无关量子密钥分发方法，其特征在于，包括：/n步骤M1：发送端和接收端进行量子信号制备与编码，得到发送端和接收端的量子信号(X

【技术特征摘要】
1.一种基于连续变量测量设备无关量子密钥分发方法，其特征在于，包括：
步骤M1：发送端和接收端进行量子信号制备与编码，得到发送端和接收端的量子信号(XA,PA)和(XB,PB)；
步骤M2：发送端和接收端将量子信号传递至测量端，测量端对量子信号进行干涉，并将干涉后的量子信号进行检测，得到测量值XC及PD；
步骤M3：对检测后的量子信号进行信息解码；
步骤M4：根据发送端和接收端保存的制备量子信号(XA,PA)和(XB,PB)以及测量方公开的对应的测量值XC及PD进行参数评估；
步骤M5：根据解码的量子信号进行数据协商及根据参数评估进行保密增强。


2.根据权利要求1所述的基于连续变量测量设备无关量子密钥分发方法，其特征在于，所述步骤M1包括：
步骤M1.1：根据发送端和接收端的二进制真随机数发生器分别得到二进制真随机数串R1和R2；
步骤M1.2：根据二进制真随机数R1和R2选择对应基的编码相干态量子信号；
步骤M1.3：通过可调衰减器调整相干态量子信号，最优化最终产生的安全密钥率。


3.根据权利要求2所述的基于连续变量测量设备无关量子密钥分发方法，其特征在于，所述步骤M1.2包括：发送端根据二进制真随机数R1中随机数选择编码基X或P，其中，0选择X基，1选择P基；基于二进制真随机数R1中编码基的选择，根据二进制真随机数R2中随机数选择对应基的编码相干态量子信息；
当二进制真随机数R1的编码基为X基时，当二进制真随机数R2为0时，则选择相干态|α>；当二进制真随机数R2为1时，则选择相干态|αeπi>；当二进制真随机数R1的编码基为P基时，当二进制真随机数R2为0时，则选择相干态|αeπi/2>；当二进制真随机数R2为1时，则选择相干态|αe3πi/2>，其中，a表示alpha是相干态量子信号的幅值，i表示虚数单位。


4.根据权利要求1所述的基于连续变量测量设备无关量子密钥分发方法，其特征在于，所述步骤M2包括：
步骤M2.1：发送端和接收端同时将完成编码的量子信号通过量子信道发送给测量端；
步骤M2.2：测量端通过光分束器对量子信号进行干涉；
步骤M2.3：对干涉后的量子信号进行相干检测，分别得到测量值XC及PD。


5.根据权利要求4所述的基于连续变量测量设备无关量子密钥分发方法，其特征在于，所述步骤M2.3包括：所述发送端和接收端将密钥信息编码在相互匹配的连续变量信号的离散相位上，而且测量端信息的公布不会泄露密钥信息，利用预设低效率的量子零差检测器实现测量设备无关量子密钥分发，分别得到测量值XC及PD。


6.根据权利要求1所述的基于连续变量测量设备无关量子密钥分发方法，其特征在于，所述步骤M3包括：
步骤M3.1：发送端和接收端都公开各自的随机数串R1，并分别保存...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄鹏，曾贵华，
申请(专利权)人：上海循态信息科技有限公司，上海循态信息科技有限公司义乌分公司，
类型：发明
国别省市：上海;31