基于聚类算法的量子攻击检测方法及量子密钥分发方法技术

本发明专利技术公开了一种基于聚类算法的量子攻击检测方法，包括在已知安全的情况下发送方制备量子态发送接收方；接收方测量得到测量数据；采用聚类算法聚类得到安全状态下的数据聚类结果；在实际情况下发送方制备量子态发送接收方；接收方测量得到测量数据；采用聚类算法聚类得到实际状态下的数据聚类结果；对比安全状态下和实际状态下的聚类结果，实现对量子攻击的检测。本发明专利技术还公开了一种包括所述基于聚类算法的量子攻击检测方法的量子密钥分发方法。本发明专利技术方法能够同时对多种攻击类型进行防御，不需要提前训练数据，实时简单，节省了大量资源，并且对未知类型攻击具有较好的防御性能，能够显著提升CVQKD系统的实际安全性，可靠性高、适用性广。适用性广。适用性广。

【技术实现步骤摘要】
基于聚类算法的量子攻击检测方法及量子密钥分发方法


[0001]本专利技术属于量子密钥分发领域，具体涉及一种基于聚类算法的量子攻击检测方法及量子密钥分发方法。

技术介绍

[0002]随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，通信过程的安全性已经越来越被人们关注。
[0003]连续变量量子密钥分发(CVQKD)协议是量子密码领域的研究热点，它允许两个距离较远的合法伙伴Alice(发送方)和Bob(接收方)在通过不可信的信道交换量子信号后共享密钥。根据调制方式的不同，CVQKD协议可分为高斯调制CVQKD和离散调制CVQKD。前者(高斯调制CVQKD)通常在相干态的正交分量上对密钥进行编码，可以在一个脉冲中携带多个比特，同时在中短距离传输中获得更高的密钥比特率。后者(离散调制CVQKD)在相干态的正交符号上对密钥进行编码，具有较高的协商效率，而且更适合远距离传输。
[0004]目前，具有高斯调制相干态(GMCS)的CVQKD是应用最广泛的CVQKD协议；该协议在渐近和有限大小区域都被证明是理论上安全的。然而，由于器件的不完善，实际的高斯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于聚类算法的量子攻击检测方法，包括如下步骤：S1.在已知安全的情况下，发送方制备量子态，并发送给接收方；S2.在已知安全的情况下，接收方接收发送方发送的量子态，并进行测量，得到测量数据；S3.采用聚类算法，对步骤S2得到的测量数据进行聚类，从而得到安全状态下的数据聚类结果；S4.在实际情况下，发送方制备量子态，并发送给接收方；S5.在实际情况下，接收方接收发送方发送的量子态，并进行测量，得到测量数据；S6.采用聚类算法，对步骤S5得到的测量数据进行聚类，从而得到实际状态下的数据聚类结果；S7.将步骤S3得到的安全状态下的数据聚类结果与步骤S6得到的实际状态下的数据聚类结果进行比较，从而实现对量子攻击的检测。2.根据权利要求1所述的基于聚类算法的量子攻击检测方法，其特征在于步骤S1所述的在已知安全的情况下，发送方制备量子态，并发送给接收方，具体包括如下步骤：在已知安全的情况下，发送方准备一系列相干态|X
a
+iP
a
>，然后采用时间复用和偏振复用，将准备好的相干态和经典本振脉冲一同发送给接收方；其中，X
a
和P
a
为正交值，且均服从方差为V
a
N0的二元高斯分布；V
a
为双模压缩态的调制方差；N0为散粒噪声方差，且对应于输入信号为真空状态时零差检测器输出的方差。3.根据权利要求2所述的基于聚类算法的量子攻击检测方法，其特征在于步骤S2所述的在已知安全的情况下，接收方接收发送方发送的量子态，并进行测量，得到测量数据，具体包括如下步骤：接收到发送方发送的脉冲后，接收方采用偏振分束器将接收到的脉冲信号解复用并得到信号脉冲和LO脉冲；针对信号脉冲，采用振幅调制器以设定的概率随机进行最大衰减，并用于散粒噪声方差N0的实时测量；针对LO脉冲，先采用10:90分束器进行分束，其中10％部分的本振脉冲通过相位调制后，在零差探测器中与处理后的信号脉冲进行干涉，从而得到相干态的正交值；90％部分的本振脉冲通过光电二极管转换为电信号，并测量得到本振脉冲的平均功率、产生零差探测时钟以及计算单位时间内的脉冲数。4.根据权利要求3所述的基于聚类算法的量子攻击检测方法，其特征在于所述的接收方接收发送方发送的量子态，并进行测量，得到测量数据，具体为接收方包括接收方偏振分束器、接收方振幅调制器、接收方相位调制器、接收方50:50分束器、接收方第一光电二极管、接收方第二光电二极管、接收方10:90分束器、接收方第三光电二极管、接收方功率测量模块、接收方时钟模块、接收方脉冲计数模块和接收方处理模块；接收方偏振分束器的信号脉冲输出端连接接收方振幅调制器的输入端，接收端振幅调制器的输出端连接接收方50:50分束器的第一输入端；接收方偏振分束器的LO脉冲输出端连接接收方10:90分束器的输入端；接收方10:90分束器的10％部分输出端连接接收方相位调制器的输入端；接收方相位调制器的输出端连接接收方50:50分束器的第二输入端；接收方50:50分束器的输出端同时连接接收方第一光电二极管的输入端和接收方第二光电二极管的输入端；接收方第一光电二极管的输出端和接收方第二光电二极管的输出端均连接接收方处理模块；接收方10:90分束器的90％部分输出端连接接收方第三光电二极管的输入端；接收方第三光电二极管的
输出端同时连接接收方功率测量模块的输入端、接收方时钟模块的输入端和接收方脉冲计数模块的输入端；接收方功率测量模块的输出端、接收方时钟模块的输出端和接收方脉冲计数模块的输出端同时连接接收方处理模块；接收方接收到信号后，通过接收方偏振分束器分为信号脉冲和LO脉冲；信号脉冲通过接收端振幅调制器以设定的概率随机进行最大衰减，并输入到接收方50:50分束器；针对LO脉冲，先采用接收方10:90分束器进行分束，然后10％部分的本振脉冲通过接收方相位调制器调制后输入到接收方50:50分束器；接收方50:50分束器将接收到的信号平均分为两束，并通过分别通过接收方第一光电二极管和接收方第二光电二极管转换为电信号，并上传至接收方处理模块；90％部分的本振脉冲通过接收方第三光电二极管转换为电信号，然后再分别通过接收方功率测量模块进行功率测量、通过接收方时钟模块产生零差探测时钟和通过接收方脉冲计数模块计算单位时间内的脉冲数，最后将得到的功率测量值、零差探测时钟和脉冲数均上传至接收方处理模块进行处理。5.根据权利要求4所述的基于聚类算法的量子攻击检测方法，其特征在于步骤S3所述的采用聚类算法，对步骤S2得到的测量数据进行聚类，从而得到安全状态下的数据聚类结果，具体包括如下步骤：A.特征提取：得到测量数据后，发送方得到了相关数据X＝{x1,x2,...,x
n
}，接收方得到了相关数据Y＝{y1,y2,...,y
n
}；其中X为发送方调制的正交值，Y为接收方测量得到的正交值；x1,x2,...,x
n
的平均值x1,x2,...,x
n
的方差V
x
＝V
a
N0，V
a
为双模压缩态的调制方差；y1,y2,...,y
n
的平均值y1,y2,...,y
n
的方差V
y
＝ηTV
a
N0+N0+η...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖骎，王铮，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：