一种基于逻辑量子比特的量子密钥分发方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于逻辑量子比特的量子密钥分发方法及系统，其方法包括：确定量子密钥分发系统的固有量子误码率，并根据其和原始密钥制备brickwork态纠错码；根据原始密钥制备逻辑量子比特；将所述brickwork态纠错码与逻辑量子比特进行编码，并将编码后的逻辑量子比特分别分发给通信双方；接收所述编码后的逻辑量子比特并对其进行签名验证：待验证通过后，对所述编码后的逻辑量子比特进行解码。本发明专利技术通过结合纠错码和签名验证技术，提高了量子密钥的安全性和抗噪性能。子密钥的安全性和抗噪性能。子密钥的安全性和抗噪性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于逻辑量子比特的量子密钥分发方法及系统


[0001]本专利技术属于量子通信
，具体涉及基于逻辑量子比特的量子密钥分发方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，因数据泄露而导致的事件不断发生，导致人们对高效安全的信息传输需求日益增加。量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)作为量子信息的重要分支，利用光场量子态作为信息的载体，其安全性依赖于量子力学基本原理而非数学计算的复杂性，使得通信双方能够共享一组安全密钥。结合“一次一密”的加密方式，理论上双方传递的信息不可能被第三方所窃取。因此，量子密钥分发在很多领域有着广泛的应用前景。
[0003]量子密钥分发的主要技术路线包括离散变量QKD(Discrete
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Variable QKD，DV
‑
QKD)和连续变量QKD(Continuous
‑
Variable，CV
‑
QKD)两大类。离散变量类协议发展较早，但是在单光子探测方面存在技术难度较大，成本较高的问题。连续变量类协议发展相对较晚，其信息的载体不再是单光子的偏振或者相位，而是光场的正交分量，其中高斯调制相干态协议(GG02)，具有相干态光源容易制备，在中短距离上理论成码率高，探测端采用成本较低的平衡零拍探测器，与现有的光通信网络兼容性较好等特点。

技术实现思路

[0004]为解决量子密钥在分发或传输过程中的误码率高、抗噪性能差的问题，在本专利技术的第一方面提供了一种基于逻辑量子比特的量子密钥分发方法，包括：确定量子密钥分发系统的固有量子误码率，并根据其和原始密钥制备brickwork态纠错码；根据原始密钥制备逻辑量子比特；将所述brickwork态纠错码与逻辑量子比特进行编码，并将编码后的逻辑量子比特分别分发给通信双方；接收所述编码后的逻辑量子比特并对其进行签名验证：待验证通过后，对所述编码后的逻辑量子比特进行解码。
[0005]在本专利技术的一些实施例中，所述确定量子密钥分发系统的固有量子误码率，并根据其和原始密钥制备brickwork态纠错码包括如下步骤：利用BB4协议进行通信，确定密钥分发系统实际的固有量子误码率；根据所述固有量子误码率确定brickwork态纠错码与原始密钥的编码长度比；根据编码长度比确定brickwork态纠错码的码长。
[0006]进一步的，所述brickwork态纠错码通过如下方法制备：Alice通过量子信道发射N个随机的弱相干光脉冲及已知量子态的辅助脉冲序列给Bob；Bob利用随机的弱相干光脉冲制备出Alice要求的未知态，并和已知辅助脉冲中的量子态进行纠缠，构建出二维平面内的多粒子纠缠图态，即brickwork state；Alice通过测量角度引导Bob对图态brickwork state进行基于测量的量子计算，制备出所需的量子纠错码。
[0007]在本专利技术的一些实施例中，在Alice通过测量角度引导Bob对图态brickwork state进行基于测量的量子计算，制备出所需的量子纠错码之前还包括：将二维平面内的多粒子纠缠图态按长度将其排列成n行m列；对每一行邻近的两个量子比特之间执行受控Z门；
然后每隔8个量子比特为一组，对每组内的第二和第四个量子比特执行受控Z门。
[0008]在本专利技术的一些实施例中，所述接收所述编码后的逻辑量子比特并对其进行签名验证包括如下步骤：Charlie根据随机二进制序列制备2N个逻辑量子比特；Charlie将S分为相等的两个序列S1和S2，然后分别选择随机的诱骗量子比特t并将诱骗量子比特插入S1和S2中得到S
A
和S
B
，其中t从合集{|0＞，|1＞，|+＞，|－＞}；将量子比特序列S
A
和S
B
分别发送给Alice和Bob，并公布诱骗态的位置；Alice和Bob分别根据以及各自的量子比特t的位置进行验证。
[0009]本专利技术的第二方面，提供了一种基于逻辑量子比特的量子密钥分发系统，包括：确定模块，用于确定量子密钥分发系统的固有量子误码率，并根据其和原始密钥制备brickwork态纠错码；制备模块，用于根据原始密钥制备逻辑量子比特；分发模块，用于将所述brickwork态纠错码与逻辑量子比特进行编码，并将编码后的逻辑量子比特分别分发给通信双方；验证模块，用于接收所述编码后的逻辑量子比特并对其进行签名验证：待验证通过后，对所述编码后的逻辑量子比特进行解码。
[0010]进一步的，所述确定模块包括第一确定单元、第二确定单元、第三确定单元，所述第一确定单元，用于利用BB4协议进行通信，确定密钥分发系统实际的固有量子误码率；所述第二确定单元，用于根据所述固有量子误码率确定brickwork态纠错码与原始密钥的编码长度比；所述第三确定单元，用于根据编码长度比确定brickwork态纠错码的码长。
[0011]本专利技术的第三方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本专利技术第一方面提供的基于逻辑量子比特的量子密钥分发方法。
[0012]本专利技术的第四方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现本专利技术第一方面提供的基于逻辑量子比特的量子密钥分发方法。
[0013]本专利技术的有益效果是：
[0014]本专利技术通过结合逻辑量子比特和brickwork纠错码提高了密钥分发的安全性；通过签名验证，提高了量子密钥的安全性和抗噪性能。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的一些实施例中的基于逻辑量子比特的量子密钥分发方法的基本流程示意图；
[0016]图2为本专利技术的一些实施例中的brickwork态纠错码结构示意图；
[0017]图3为本专利技术的一些实施例中的基于逻辑量子比特的量子密钥分发系统的具体结构示意图；
[0018]图4为本专利技术的一些实施例中的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0019]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0020]参考图1与图2，在本专利技术的第一方面，提供了一种基于逻辑量子比特的量子密钥
分发方法，包括：S100.确定量子密钥分发系统的固有量子误码率，并根据其和原始密钥制备brickwork态纠错码；S200.根据原始密钥制备逻辑量子比特；S300.将所述brickwork态纠错码与逻辑量子比特进行编码，并将编码后的逻辑量子比特分别分发给通信双方；S400.接收所述编码后的逻辑量子比特并对其进行签名验证：待验证通过后，对所述编码后的逻辑量子比特进行解码。
[0021]可以理解，量子密钥分发系统通常包括通信双方(发送方和接收方)，以及可行中心；不失一般性，将合法进行量子通信的发送方和接收方分别称为Alice和B本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于逻辑量子比特的量子密钥分发方法，其特征在于，包括：确定量子密钥分发系统的固有量子误码率，并根据其和原始密钥制备brickwork态纠错码；根据原始密钥制备逻辑量子比特；将所述brickwork态纠错码与逻辑量子比特进行编码，并将编码后的逻辑量子比特分别分发给通信双方；接收所述编码后的逻辑量子比特并对其进行签名验证：待验证通过后，对所述编码后的逻辑量子比特进行解码。2.根据权利要求1所述的基于逻辑量子比特的量子密钥分发方法，其特征在于，所述确定量子密钥分发系统的固有量子误码率，并根据其和原始密钥制备brickwork态纠错码包括如下步骤：利用BB4协议进行通信，确定密钥分发系统实际的固有量子误码率；根据所述固有量子误码率确定brickwork态纠错码与原始密钥的编码长度比；根据编码长度比确定brickwork态纠错码的码长。3.根据权利要求2所述的基于逻辑量子比特的量子密钥分发方法，其特征在于，所述brickwork态纠错码通过如下方法制备：Alice通过量子信道发射N个随机的弱相干光脉冲及已知量子态的辅助脉冲序列给Bob；Bob利用随机的弱相干光脉冲制备出Alice要求的未知态，并和已知辅助脉冲中的量子态进行纠缠，构建出二维平面内的多粒子纠缠图态，即brickwork state；Alice通过测量角度引导Bob对图态brickwork state进行基于测量的量子计算，制备出所需的量子纠错码。4.根据权利要求1所述的基于逻辑量子比特的量子密钥分发方法，其特征在于，在Alice通过测量角度引导Bob对图态brickwork state进行基于测量的量子计算，制备出所需的量子纠错码之前还包括：将二维平面内的多粒子纠缠图态按长度将其排列成n行m列；对每一行邻近的两个量子比特之间执行受控Z门；然后每隔8个量子比特为一组，对每组内的第二和第四个量子比特执行受控Z门。5.根据权利要求1所述的基于逻辑量子比特的量子密钥分发方法，其特征在于，所述接收所述编码后的逻辑量子比特并对其进行签名...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭乐江，胡俊，何松，肖蕾，程敏，林秀珍，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军预警学院，
类型：发明
国别省市：