一种基于镜像协议的偏振编码半量子密钥分发系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于镜像协议的偏振编码半量子密钥分发系统及方法，其中，所述方法包括：在发送端生成光脉冲，并将所述光脉冲传输至接收端；所述接收端将所述光脉冲划分为偏振态不同的第一光脉冲和第二光脉冲，并通过环路中的双向通道分别对所述第一光脉冲和所述第二光脉冲进行处理；通过所述接收端或者所述发送端对处理后的光脉冲进行探测，得到探测结果；根据所述探测结果、所述接收端对光脉冲的处理方式以及所述发送端对光脉冲的测量方式，得到安全密钥。本发明专利技术提供的技术方案，能够具备更高的安全性和实际应用的可行性。备更高的安全性和实际应用的可行性。备更高的安全性和实际应用的可行性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于镜像协议的偏振编码半量子密钥分发系统及方法


[0001]本专利技术涉及量子保密通信领域，具体而言，涉及一种基于镜像协议的偏振编码半量子密钥分发系统及方法。

技术介绍

[0002]目前，随着计算机和互联网在通信领域中的使用，对于通信数据的加密要求也在逐渐提升。在数据加密的手段中，一些依赖于计算的复杂度的加密手段依然存在一定的被破译的可能，而量子密码技术则基于海森堡测不准原理和未知量子态不可克隆原理，可以做到在理论上满足“一次一密”加密系统的要求，具有理论上的无条件安全性。
[0003]其中，在1984年，Bennett和Brassard提出了第一个量子密钥分发协议，在此之后往往将量子密钥分发协议的通信双方定义为Alice和Bob，双方均具有操纵量子的能力，例如在任意基形式上完成对量子比特的制备和测量。直到2007年，Boyer等人基于此前的量子密钥分发协议，提出了半量子密钥分发协议的概念以及四态协议，降低了量子密钥分发协议的要求，Bob端只需要拥有制备Z基形式的量子态和直接转移量子比特的能力即可。
[0004]在2009年，Zou等人提出了半量子密钥分发的偏振编码半量子密钥分发协议，该协议的具体步骤流程为：Alice制备一个量子态为|+>的光子，将该光子发送给Bob，Bob随机选择“用Z基测量后重发光子”或者“不做任何操作返还光子”，Alice对Bob发送回来的光子随机选择Z基或者X基进行测量，最后Alice和Bob同时公开其操作选择，若Bob选择用Z基测量且Alice端也选择了Z基测量，则该位置的量子比特可作为码，若Bob选择不做任何操作返还光子且Alice选择X基测量，则该位置的量子比特可用来检测窃听。
[0005]在2017年，Boyer等人提出了半量子密钥分发的镜像协议，将以往的SQKD协议中，实际很难可行的SIFT操作改为了SWAP
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10、SWAP
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01和SWAP
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ALL，并提出了可以用一种可控镜的方法实现半量子密钥分发，极大程度上的简化了SQKD光路设计。该协议的具体流程为：Alice制备一个量子态为|+>的光子，将该光子发送给Bob，Bob随机选择“不测量光子，直接返还光子”或者“测量垂直偏振态光子，返还水平偏振态光子”或者“测量水平偏振态光子，返还垂直偏振态光子”或者“测量全部光子”，Alice对Bob发送回来的光子随机选择Z基或者X基进行测量，最后Bob公开其操作SWAP
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X(只公布SWAP
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X，不公布其具体的操作SWAP
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10和SWAP01)和SWAP
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ALL，Alice和Bob同时公开他们所测量的光子数(探测到光子即为1，否则为0)。在Bob测量光子数为0和Alice测量光子数为1的情况下，若Bob选择SWAP
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X且Alice选择测量Z基，则该位置的量子比特可以作为码，若Bob选择不做任何操作返还光子且Alice选择X基测量，则该位置的量子比特可用来检测窃听。若Bob选择测量所有光子且Alice选择Z基测量，则该位置的量子比特可用来做安全性分析。
[0006]在目前的实现方法中，有运用镜像协议的时间相位编码以及其半量子密钥分发的实现方法。具体地，单态半量子密钥分发系统可以包括发送端和接收端，发送端中包括相位调制器单元，接收端则包括强度调制器单元，该强度调制单元与非等臂干涉仪相连，该强度调制器单元可以是干涉环路。干涉环路通过对非等臂干涉仪发送的光脉冲组加载电压，得
到处理后的光脉冲组，并向非等臂干涉仪发送处理后的光脉冲组。而偏振编码半量子密钥分发的实现方法需要接收端根据测量光子得到的结果重新生成新的光子并发送至发送端，不仅操作较为复杂，而且存在受到标记攻击导致信息泄露的安全隐患，因此当前的实现方法由于自身不够安全，难以具备实际应用的可行性。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种基于镜像协议的偏振编码半量子密钥分发系统及方法，能够具备较高的安全性和实际应用的可行性。
[0008]为实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种基于镜像协议的偏振编码半量子密钥分发方法，所述方法包括：
[0009]在发送端生成光脉冲，并将所述光脉冲传输至接收端；
[0010]所述接收端将所述光脉冲划分为偏振态不同的第一光脉冲和第二光脉冲，并通过环路中的双向通道分别对所述第一光脉冲和所述第二光脉冲进行处理；
[0011]通过所述接收端或者所述发送端对处理后的光脉冲进行探测，得到探测结果；
[0012]根据所述探测结果、所述接收端对光脉冲的处理方式以及所述发送端对光脉冲的测量方式，得到安全密钥。
[0013]在一个实施方式中，所述第一光脉冲为水平偏振光脉冲，所述第二光脉冲为垂直偏振光脉冲；
[0014]所述接收端对光脉冲包含四种处理方式，其中：
[0015]第一种处理方式表征为保持所述第一光脉冲和所述第二光脉冲的偏振态不变；
[0016]第二种处理方式表征为保持所述第一光脉冲的偏振态不变，并将所述第二光脉冲的偏振态从垂直改变为水平；
[0017]第三种处理方式表征为将所述第一光脉冲的偏振态从水平改变为垂直，并保持所述第二光脉冲的偏振态不变；
[0018]第四种处理方式表征为将所述第一光脉冲的偏振态从水平改变为垂直，并将所述第二光脉冲的偏振态从垂直改变为水平。
[0019]在一个实施方式中，通过所述接收端或者所述发送端对处理后的光脉冲进行探测包括：
[0020]在所述第一种处理方式下，处理后的光脉冲均由所述发送端进行探测；
[0021]在所述第二种处理方式下，处理后的第一光脉冲由所述发送端进行探测，处理后的第二光脉冲由所述接收端进行探测；
[0022]在所述第三种处理方式下，处理后的第一光脉冲由所述接收端进行探测，处理后的第二光脉冲由所述发送端进行探测；
[0023]在所述第四种处理方式下，处理后的第一光脉冲和第二光脉冲均由所述接收端进行探测。
[0024]在一个实施方式中，在所述发送端探测到光子，并且所述接收端未探测到光子的情况下，才形成编码。
[0025]在一个实施方式中，根据所述探测结果、所述接收端对光脉冲的处理方式以及所述发送端对光脉冲的测量方式，得到安全密钥包括：
[0026]若所述接收端采用的是第二种处理方式或者第三种处理方式，并且所述发送端采用Z基矢测量，则根据测量结果形成编码；
[0027]若所述接收端采用的是第二种处理方式或者第三种处理方式，并且所述发送端采用X基矢测量，则舍弃当前位的编码；
[0028]若所述接收端采用的是第一种处理方式，并且所述发送端采用X基矢测量，则根据测量结果监测系统是否被窃听；
[0029]若所述接收端采用的是第一种处理方式，并且所述发送端采用Z基矢测量，则舍弃当前位的编码；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于镜像协议的偏振编码半量子密钥分发方法，其特征在于，所述方法包括：在发送端生成光脉冲，并将所述光脉冲传输至接收端；所述接收端将所述光脉冲划分为偏振态不同的第一光脉冲和第二光脉冲，并通过环路中的双向通道分别对所述第一光脉冲和所述第二光脉冲进行处理；通过所述接收端或者所述发送端对处理后的光脉冲进行探测，得到探测结果；根据所述探测结果、所述接收端对光脉冲的处理方式以及所述发送端对光脉冲的测量方式，得到安全密钥。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一光脉冲为水平偏振光脉冲，所述第二光脉冲为垂直偏振光脉冲；所述接收端对光脉冲包含四种处理方式，其中：第一种处理方式表征为保持所述第一光脉冲和所述第二光脉冲的偏振态不变；第二种处理方式表征为保持所述第一光脉冲的偏振态不变，并将所述第二光脉冲的偏振态从垂直改变为水平；第三种处理方式表征为将所述第一光脉冲的偏振态从水平改变为垂直，并保持所述第二光脉冲的偏振态不变；第四种处理方式表征为将所述第一光脉冲的偏振态从水平改变为垂直，并将所述第二光脉冲的偏振态从垂直改变为水平。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过所述接收端或者所述发送端对处理后的光脉冲进行探测包括：在所述第一种处理方式下，处理后的光脉冲均由所述发送端进行探测；在所述第二种处理方式下，处理后的第一光脉冲由所述发送端进行探测，处理后的第二光脉冲由所述接收端进行探测；在所述第三种处理方式下，处理后的第一光脉冲由所述接收端进行探测，处理后的第二光脉冲由所述发送端进行探测；在所述第四种处理方式下，处理后的第一光脉冲和第二光脉冲均由所述接收端进行探测。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述发送端探测到光子，并且所述接收端未探测到光子的情况下，才形成编码。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述探测结果、所述接收端对光脉冲的处理方式以及所述发送端对光脉冲的测量方式，得到安全密钥包括：若所述接收端采用的是第二种处理方式或者第三种处理方式，并且所述发送端采用Z基矢测量，则根据测量结果形成编码；若所述接收端采用的是第二种处理方式或者第三种处理方式，并且所述发送端采用X基矢测量，则舍弃当前位的编码；若所述接收端采用的是第一种处理方式，并且所述发送端采用X基矢测量，则根据测量结果监测系统是否被窃听；若所述接收端采用的是第一种处理方式，并且所述发送端采用Z基矢测量，则舍弃当前位的编码；若所述接收端采用的是第四种处理方式，并且所述发送端采用X基矢测量，根据所述发
送端和所述接收端公开的光子数以及所述接收端公开的处理方式，检测通信损耗是否正常以及系统是否被窃听。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据测量结果形成编码包括：若所述接收端采用的第二种处理方式，并且测量结果为|0&gt...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金东，董双，胡松辉，陈霖鹏，吴殷，黄钰涛，弥赏，侯钦城，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：