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基于四态协议的半量子密钥分发诱骗态模型的有限码长分析

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物理学报 2023年第22期72卷 82-92页

作者：詹绍康王金东董双黄偲颖侯倾城莫乃达弥赏向黎冰赵天明於亚飞魏正军张智明华南师范大学信息光电子科技学院广东省量子调控工程与材料重点实验室广州510006 华南师范大学信息光电子科技学院广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室广州510006

半量子密钥分发允许一个全量子用户Alice和一个经典用户Bob共享一对由物理原理保障的安全密钥.在半量子密钥分发被提出的同时其鲁棒性获得了证明,随后半量子密钥分发系统的无条件安全性被理论验证.2021年基于镜像协议的半量子密钥分发... 详细信息

半量子密钥分发允许一个全量子用户Alice和一个经典用户Bob共享一对由物理原理保障的安全密钥.在半量子密钥分发被提出的同时其鲁棒性获得了证明,随后半量子密钥分发系统的无条件安全性被理论验证.2021年基于镜像协议的半量子密钥分发系统的可行性被实验验证.然而,可行性实验系统仍旧采用强衰减的激光脉冲,已有文献证明,半量子密钥分发系统在受到光子数分裂攻击时仍旧面临密钥比特泄露的风险,因此,在密钥分发过程中引入诱骗态并且进行有限码长分析,可以进一步合理评估密钥分发的实际安全性.本文基于四态协议的半量子密钥分发系统,针对仅在发送端Alice处加入单诱骗态的模型,利用Hoeffding不等式进行了有限码长情况的安全密钥长度分析,进而求得安全密钥率公式,其数值模拟结果表明,当选择样本量大小为105时,能够在近距离情况下获得10-4bit/s安全密钥速率,与渐近情况下的安全密钥率相近,这对半量子密钥分发系统的实际应用具有非常重要的意义.

关键词：半量子密钥分发诱骗态 Hoeffding不等式有限码长

基于标记配对相干态光源的实用化诱骗态量子随机数发生器

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密码学报 2023年第1期10卷 73-86页

作者：李元昊费洋扬王卫龙孟祥栋王洪段乾恒马智数学工程与先进计算国家重点实验室郑州450001 河南省网络密码技术重点实验室郑州450001

基于维度目击的量子随机数发生协议中需要使用完美的单光子源,现实中难以低成本、较方便地实现.本文给出了一种基于标记配对相干态光源的实用化诱骗态量子随机数生成协议,利用三强度诱骗态的方法可以准确估计出随机数生成协议的最小熵,... 详细信息

基于维度目击的量子随机数发生协议中需要使用完美的单光子源,现实中难以低成本、较方便地实现.本文给出了一种基于标记配对相干态光源的实用化诱骗态量子随机数生成协议,利用三强度诱骗态的方法可以准确估计出随机数生成协议的最小熵,随机数提取率比基于弱相干态光源的诱骗态量子随机数生成协议更高.分析探测器的探测效率、后脉冲和探测效率不匹配对该协议安全性造成的影响,探测器的探测效率与最小熵呈正相关;后脉冲增加会降低输出的最小熵,影响随机数的安全性;在非对称基矢探测器效率的情况下,若其中一个测量基的探测效率较高,则该协议可以在另一个测量基的探测效率任意接近于0的情况下输出量子随机数.

关键词：量子随机数发生器标记配对相干态光源诱骗态

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二诱骗态相位匹配量子密钥分发方案

电子科技大学学报 2021年第5期50卷 650-655页

作者：周江平周媛媛周学军聂宁海军工程大学电子工程学院武汉430000

相位匹配协议是最近被提出的一种能突破密钥容量的量子密钥分发协议,其安全性得到了理论和实践的证明。针对实际应用中光源的非理想性,基于弱相干态光源,提出了一种二诱骗态相位匹配量子密钥分发方案。该方案在简化参量计算式的同时,仅... 详细信息

相位匹配协议是最近被提出的一种能突破密钥容量的量子密钥分发协议,其安全性得到了理论和实践的证明。针对实际应用中光源的非理想性,基于弱相干态光源,提出了一种二诱骗态相位匹配量子密钥分发方案。该方案在简化参量计算式的同时,仅采用2个诱骗态(真空+弱诱骗态)对求解最终密钥生成率的必要参数进行了估计;随后以光纤信道为背景,对该方案在理想及统计波动情况下的性能进行了仿真分析。仿真结果表明:在同等诱骗态数目条件下,二诱骗态相位匹配方案能突破密钥容量的限制,密钥生成效率及最大传输距离均优于BB84协议、测量设备无关协议等;在密钥生成效率及最大传输距离两个性能指标上,理想情况下二诱骗态方案接近已有的三诱骗态方案,但在考虑实际统计波动且数据量小于10^(14)时二诱骗态方案反而更优。

关键词：诱骗态相位匹配协议量子密钥分发量子光学弱相干态光源

一种基于有限密钥和诱骗态的双场量子密钥分发协议

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计算机应用与软件 2023年第10期40卷 329-336页

作者：康鹏郭翔赵胶胶贵州电网有限责任公司电力调度控制中心贵州贵阳550000 南京信息工程大学计算机与软件学院江苏南京210044

量子保密通信技术为电力业务数据传输提供端到端的信息安全保障,双场量子密钥分发(Twin-field Quantum Key Distribution,TF-QKD)可实现无量子中继器的远程安全通信,但其安全性是基于无限密钥的假设。为解决现实场景中量子密钥有限和光... 详细信息

量子保密通信技术为电力业务数据传输提供端到端的信息安全保障,双场量子密钥分发(Twin-field Quantum Key Distribution,TF-QKD)可实现无量子中继器的远程安全通信,但其安全性是基于无限密钥的假设。为解决现实场景中量子密钥有限和光子源不稳定的情形,提出一种基于有限密钥和诱骗态的双场量子密钥分发协议。在协议中采用诱骗态法和无替换的随机抽样法估计相位错误率,并利用Azuma不等式对协议进行安全性分析,验证了在不稳定光子源强度波动下协议的可组合安全性。数值模拟表明所提协议在不稳定光子源强度波动下得到的秘密密钥率可以超过线性密钥率的界线,且当信号脉冲数量较小时,强度波动对协议密钥率有显著影响。

关键词：双场量子密钥分发有限密钥诱骗态不稳定光子源

针对诱骗态量子密钥分发方案的PNS攻击研究

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密码学报 2018年第1期5卷 1-12页

作者：李宏欣迟洋广韩宇闫宝王伟战略支援部队信息工程大学洛阳471003 数学工程与先进计算国家重点实验室郑州450001

量子保密通信技术的飞速发展,展现了量子密码在通信领域巨大的应用潜力.量子密码利用量子的物理属性来保证通信的无条件安全,然而在实际通信系统中,光源等设备的不完美性给通信系统带来了安全隐患.针对使用非理想光源的量子密钥分发系统... 详细信息

量子保密通信技术的飞速发展,展现了量子密码在通信领域巨大的应用潜力.量子密码利用量子的物理属性来保证通信的无条件安全,然而在实际通信系统中,光源等设备的不完美性给通信系统带来了安全隐患.针对使用非理想光源的量子密钥分发系统,采用分束攻击可以获得通信密钥而不被发现.本文首先介绍分束攻击的发展现状和基本原理,然后对一种分束攻击改进方案的关键技术进行了研究.基于对该方案的分析,对传统的分束攻击进行进一步改进,提出一种新的分束攻击方案。新方案针对非相位随机化光源,根据不同光脉冲强度,设计了一种计算分数器效率的方法,该方法使得窃听者能够合理控制接收端计数率保持不变;同时,为了使得新方案更加实用化,将光脉冲强度分为不同的安全区间,针对每一个安全区间求出一个分数器效率使其保持接收端计数率波动在可接受范围内,从而提高了攻击效率和攻击能力.最后应用MATLAB拟合出分数器效率与光强之间的函数关系,并且通过数值模拟以及数次优化证明了方案的安全性和可行性.

关键词：量子密钥分发诱骗态 PNS攻击安全区间分数器效率

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基于态关联性不完美的诱骗态量子密钥分配

电子学报 2012年第10期40卷 2015-2020页

作者：周淳鲍皖苏付向群解放军信息工程大学电子技术学院河南郑州450004

本文提出了态关联性不完美条件下诱骗态量子密钥分配(QKD)的安全性理论分析模型.借助于QKD的保密放大分析方法,采用实际QKD系统广泛使用的诱骗态编码方案,使相位误码的估计更加准确,进而给出了态关联性不完美条件下诱骗态QKD的最终安全... 详细信息

本文提出了态关联性不完美条件下诱骗态量子密钥分配(QKD)的安全性理论分析模型.借助于QKD的保密放大分析方法,采用实际QKD系统广泛使用的诱骗态编码方案,使相位误码的估计更加准确,进而给出了态关联性不完美条件下诱骗态QKD的最终安全密钥生成率的表达式,刻画了密钥生成率与态关联性不完美、探测器性能和密钥传输距离之间的关系.数值模拟表明,诱骗态QKD的最终安全密钥生成率对态关联性不完美的容忍程度,随着密钥传输距离的增大而逐渐减小,随着探测器探测性能的提升而逐渐增大,因而验证了所给表达式的正确性.

关键词：量子密钥分配态关联性不完美诱骗态实际安全性

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QKD系统中基于EA电路的诱骗态实现

激光与红外 2019年第2期49卷 151-155页

作者：张博文洪占勇盛迎接代云启合肥工业大学工业与装备技术研究院安徽合肥230009 科大国盾量子技术股份有限公司安徽合肥230088

使用诱骗态量子秘钥方案可以解决因光子数分离攻击而导致的安全漏洞,保证了长距离量子通信的安全。本文介绍了量子通信的相关原理,通过对电吸收调制电路和激光器驱动电路的设计,精确控制产生了1550 nm波段的窄脉冲,经过内部调制成功制... 详细信息

使用诱骗态量子秘钥方案可以解决因光子数分离攻击而导致的安全漏洞,保证了长距离量子通信的安全。本文介绍了量子通信的相关原理,通过对电吸收调制电路和激光器驱动电路的设计,精确控制产生了1550 nm波段的窄脉冲,经过内部调制成功制备诱骗态光脉冲,其强度约为信号态光脉冲的三分之一,因激光器的同一性而具有一致的光学特征从而避免了时频窃听,并具有强度可调的优点。

关键词：量子通信诱骗态驱动电路电吸收调制激光器

预报单光子源诱骗态量子密钥产生率及数值计算

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计算物理 2009年第1期26卷 141-146页

作者：权东晓裴昌幸马怀新刘丹阎毅西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室陕西西安710071 清华大学物理系北京100084

独立推导预报单光子源诱骗态量子密钥分发的密钥产生率计算公式,讨论密钥产生率和发送端探测效率的关系;进行弱相干光和预报单光子源诱骗态量子密钥分发的最优强度估计和密钥产生率数值计算.结果表明,预报单光子源诱骗态量子密钥分发的... 详细信息

独立推导预报单光子源诱骗态量子密钥分发的密钥产生率计算公式,讨论密钥产生率和发送端探测效率的关系;进行弱相干光和预报单光子源诱骗态量子密钥分发的最优强度估计和密钥产生率数值计算.结果表明,预报单光子源诱骗态量子密钥分发的密钥产生率随着发送端探测效率的增加而增加,其安全通信距离与完美单光子源的通信距离一致;诱骗态量子密钥分发可提高安全通信距离和密钥产生率;预报单光子源由于减少了暗计数的影响,进一步提高了安全通信距离.

关键词：量子密钥分发诱骗态预报单光子源密钥产生率

一种新的预报单光子源诱骗态量子密钥分发方案

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物理学报 2008年第9期57卷 5600-5604页

作者：权东晓裴昌幸朱畅华刘丹西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室西安710071

提出一种新的预报单光子源诱骗态量子密钥分发方案.在发端采用参量下变换产生纠缠光子对,其中之一用来进行预报探测,根据探测结果将另一路光脉冲分成两个集合,其中预报探测有响应的脉冲集合用作信号态,无响应的脉冲集合作为诱骗态.由于... 详细信息

提出一种新的预报单光子源诱骗态量子密钥分发方案.在发端采用参量下变换产生纠缠光子对,其中之一用来进行预报探测,根据探测结果将另一路光脉冲分成两个集合,其中预报探测有响应的脉冲集合用作信号态,无响应的脉冲集合作为诱骗态.由于探测效率的问题,这两个集合都是有光子的,通过这两个集合的通过率和错误率估计出单光子的通过率和错误率.此方法不需要改变光强,简单可行.仿真结果表明:该方法可以达到完美单光子源的安全通信距离;与预报单光子源的量子密钥分发相比,密钥产生率有了很大的提高;和三强度预报单光子源诱骗态量子密钥分发的密钥产生率相差不大.

关键词：量子保密通信量子密钥分发诱骗态预报单光子源