一种双场量子密钥分发方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种双场量子密钥分发方法，包括：通过第一信道向探测端发送由第一发送端产生的第一光信号，通过第二信道向探测端发送由第二发送端产生的第二光信号，第一光信号和第二光信号包括用于成码的量子帧部分和不用于编码的参考帧部分，量子帧部分包括X基矢和表征原始密钥的Z基矢；第一光信号和第二光信号经由探测端进行处理，得到光信号的单光子探测信息和量子帧的全局相位差，并将全局相位差通过已认证的经典信道发送到第一发送端和第二发送端；根据全局相位差和光信号的单光子探测信息，由第一发送端和第二发送端分别对各自持有的随机数进行处理，得到安全的共享密钥。本发明专利技术同时还公开了一种双场量子密钥分发方法系统。法系统。法系统。

【技术实现步骤摘要】
一种双场量子密钥分发方法及系统


[0001]本专利技术涉及量子密钥分发领域，特别涉及一种双场量子密钥分发方法、电子设备以及存储介质。

技术介绍

[0002]量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)，是利用量子力学特性来保证通信安全性。它使通信的双方能够产生并分享一个随机的、安全的密钥，来加密和解密消息。QKD因其具有无条件的安全性逐渐受到研究人员的重视。它解决的是密钥分发的安全性难题，结合一次一密的加密方式，能够保证双方无条件的安全通信。因此该技术可广泛应用于高机密性机构。
[0003]自第一个QKD协议诞生以来，QKD的远距离通信一直量子通信领域研究的重点和难点。由于QKD的安全性来源于不可克隆原理，无法像经典通信中利用光放大器进行信号放大，因此从一方发送光子信号必然会随着信道长度的增加而衰减。本领域相关科研人员给出了无中继点对点QKD中成码率R关于信道透过率η的上界，在距离较远即η＜＜1时，这从理论上限制了实用化QKD能达到的最远通信距离。相关实验也表明，在404km的测量设备无关QKD实验中，数据累计时间长达3个月，码率仅为3.2
×
10
‑4bps，表明了远距离QKD实现的困难。
[0004]近年来，针对QKD远距离量子通信的难点，本领域科研人员提出来新型QKD协议，即双场量子密钥分发协议；该协议的成码率双场量子密钥分发协议；该协议的成码率有望将现有QKD成码距离翻倍。同时，双场QKD拥有测量设备无关的特性。借助于双场QKD，可显著减少可信中继方案中可信中继数量，并且在相同距离(＞300km)下，成码率也有量级上的提升。但是，基于双场量子密钥分发协议的量子通信方案需要用到光源锁相技术和光纤相位补偿技术，现有的光源锁相技术都需要建立额外的伺服通道，用于传输锁相光，并且用户所持有的发送端需要额外的锁相装置，这极大限制了双场QKD的实用化发展。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，本专利技术提供了双场量子密钥分发方法及系统，以期至少能够解决上述问题之一。
[0006]根据本专利技术的第一方面，提供了一种双场量子密钥分发方法，包括：
[0007]通过第一信道向探测端发送由第一发送端产生的第一光信号，通过第二信道向上述探测端发送由第二发送端产生的第二光信号，其中，上述第一发送端和上述第二发送端具有随机相位的光场，上述光场是根据各自持有的随机数确定的，上述第一光信号和上述第二光信号包括用于成码的量子帧部分和不用于编码的参考帧部分，上述量子帧部分包括X基矢和表征原始密钥的Z基矢；
[0008]上述第一光信号和上述第二光信号经由上述探测端进行处理，得到光信号的单光
子探测信息和量子帧的全局相位差，并将上述全局相位差通过已认证的经典信道发送到上述第一发送端和上述第二发送端；
[0009]根据上述全局相位差和上述光信号的单光子探测信息，由上述第一发送端和上述第二发送端分别对各自持有的随机数进行密钥筛选、密钥纠错以及密钥隐私放大，得到安全的共享密钥。
[0010]根据本专利技术的实施例，根据上述全局相位差和上述光信号的单光子探测信息，由上述第一发送端和上述第二发送端分别对各自持有的随机数进行密钥筛选、密钥纠错以及密钥隐私放大，得到安全的共享密钥，包括：
[0011]基于参考帧部分的单光子探测信息，上述探测端对单频的拍频信号进行频率恢复，并对上述第一光信号和上述第二光信号的初始相位进行恢复，得到上述第一光信号和上述第二光信号的上述全局相位差，上述光信号的单光子探测信息包括上述参考帧部分的单光子探测信息和量子帧部分的单光子探测信息；
[0012]上述第一发送端和上述第二发送端分别根据上述量子帧部分的单光子探测信息和上述全局相位差，对各自持有的随机数进行筛选，得到上述原始密钥，并分别利用上述全局相位差对原始密钥筛选、密钥纠错以及密钥隐私放大，得到安全的共享密钥。
[0013]根据本专利技术的实施例，基于参考帧部分的单光子探测信息，上述探测端对单频的拍频信号进行频率恢复，并对上述第一光信号和上述第二光信号的初始相位进行恢复，得到上述第一光信号和上述第二光信号的上述全局相位差，包括：
[0014]上述第一发送端和上述第二发送端分别将上述参考帧部分的单光子探测信息进行数值转换，得到数值转换结果；
[0015]根据预设的采样时间窗口，上述第一发送端和上述第二发送端分别对上述数值转换结果进行采样，并将采样结果进行运算，得到离散数组；
[0016]根据预设条件，上述探测端对上述离散数值进行预处理，并对上述预处理结果进行傅里叶变换得到上述单频的拍频信号的频谱；
[0017]根据预设筛选条件，上述探测端对上述单频的拍频信号的频谱进行筛选，并根据筛选结果和上述第一光信号和上述第二光信号的初始相位，得到上述第一光信号和上述第二光信号的全局相位差。
[0018]根据本专利技术的实施例，上述根据预设条件，上述探测端对上述离散数值进行预处理包括：
[0019]在上述离散数组内的数据信息量不能得到上述单频的拍频信号和上述第一光信号和上述第二光信号的初始相位的情况下，上述探测端合并其他时间窗口的上述参考帧部分的单光子探测信息以便增加上述离散数组内的数据信息量；
[0020]在上述离散数组的长度达不到预设长度的情况下，上述探测端对上述离散数组进行补零操作。
[0021]根据本专利技术的实施例，上述预设筛选条件由如下公式确定：
[0022]|cos(2πνt+φ0+(φ
a
‑
φ
b
))|≥Δ
[0023]其中，v表示上述单频的拍频信号的频率，φ0是上述第一光信号和上述第二光信号的初始相位差，φ
a
和φ
b
分别表示上述第一发送端和上述第二发送端的随机相位，Δ是根据码率优化得到的参数。
[0024]根据本专利技术的实施例，上述第一发送端和上述第二发送端分别根据上述量子帧部分的单光子探测信息和上述全局相位差，对各自持有的随机数进行筛选，得到上述原始密钥，并分别利用上述全局相位差对原始密钥筛选、密钥纠错以及密钥隐私放大，得到安全的共享密钥，包括：
[0025]上述探测端通过上述已认证的经典信道公布单光子响应事件；
[0026]基于上述单光子响应事件，上述第一发送端将自身的基矢信息与上述第二光信号对应的基矢信息进行筛选，保留两个基矢信息相同的部分所对应的随机数作为原始密钥；
[0027]基于上述单光子响应事件，上述第二发送端将自身的基矢信息与公布的与上述第一光信号对应的基矢信息进行筛选，保留两个基矢信息相同的部分所对应的随机数作为原始密钥；
[0028]上述第一发送端和上述第二发送端分别利用上述全局相位差对各自的基矢信息进行筛选，得到用于参数估计的数据；
[0029]上述第一发送端和上述第二发送端分别通过用于参数估计的数据计算预设的安全密钥量；
[0030]上述第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双场量子密钥分发方法，其特征在于，包括：通过第一信道向探测端发送由第一发送端产生的第一光信号，通过第二信道向所述探测端发送由第二发送端产生的第二光信号，其中，所述第一发送端和所述第二发送端具有随机相位的光场，所述光场是根据各自持有的随机数确定的，所述第一光信号和所述第二光信号包括用于成码的量子帧部分和不用于编码的参考帧部分，所述量子帧部分包括X基矢和表征原始密钥的Z基矢；所述第一光信号和所述第二光信号经由所述探测端进行处理，得到光信号的单光子探测信息和量子帧的全局相位差，并将所述全局相位差通过已认证的经典信道发送到所述第一发送端和所述第二发送端；根据所述全局相位差和所述光信号的单光子探测信息，由所述第一发送端和所述第二发送端分别对各自持有的随机数进行密钥筛选、密钥纠错以及密钥隐私放大，得到安全的共享密钥。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述全局相位差和所述光信号的单光子探测信息，由所述第一发送端和所述第二发送端分别对各自持有的随机数进行密钥筛选、密钥纠错以及密钥隐私放大，得到安全的共享密钥，包括：基于参考帧部分的单光子探测信息，所述探测端对单频的拍频信号进行频率恢复，并对所述第一光信号和所述第二光信号的初始相位进行恢复，得到所述第一光信号和所述第二光信号的所述全局相位差，所述光信号的单光子探测信息包括所述参考帧部分的单光子探测信息和量子帧部分的单光子探测信息；所述第一发送端和所述第二发送端分别根据所述量子帧部分的单光子探测信息和所述全局相位差对各自持有的随机数进行筛选，得到所述原始密钥，并分别利用所述全局相位差对原始密钥筛选、密钥纠错以及密钥隐私放大，得到安全的共享密钥。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于参考帧部分的单光子探测信息，所述探测端对单频的拍频信号进行频率恢复，并对所述第一光信号和所述第二光信号的初始相位进行恢复，得到所述第一光信号和所述第二光信号的所述全局相位差，包括：所述第一发送端和所述第二发送端分别将所述参考帧部分的单光子探测信息进行数值转换，得到数值转换结果；根据预设的采样时间窗口，所述第一发送端和所述第二发送端分别对所述数值转换结果进行采样，并将采样结果进行运算，得到离散数组；根据预设条件，所述探测端对所述离散数值进行预处理，并对所述预处理结果进行傅里叶变换得到所述单频的拍频信号的频谱；根据预设筛选条件，所述探测端对所述单频的拍频信号的频谱进行筛选，并根据筛选结果和所述第一光信号和所述第二光信号的初始相位，得到所述第一光信号和所述第二光信号的全局相位差。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据预设条件，所述探测端对所述离散数值进行预处理，包括：在所述离散数组内的数据信息量不能得到所述单频的拍频信号和所述第一光信号和所述第二光信号的初始相位的情况下，所述探测端合并其他时间窗口的所述参考帧部分的单光子探测信息以便增加所述离散数组内的数据信息量；
在所述离散数组的长度达不到预设长度的情况下，所述探测端对所述离散数组进行补零操作。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设筛选条件由公式(1)确定：|cos(2πνt+φ0+(φ
a
‑
φ
b
))|≥Δ
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(1)，其中，v表示所述单频的拍频信号的频率，φ0是所述第一光信号和所述第二光信号的初始相位差，φ
a
和φ
b
分别表示所述第一发送端和所述第二发送端的随机相位，Δ是根据码率优化得到的参数。...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐飞虎，李蔚，张立康，鲁奕辰，潘建伟，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：