非平衡选基六态量子密钥分配协议安全性研究
发布时间：2021-07-10 10:55
针对六态QKD协议在非平衡选基条件下的协议效率以及最终的安全密钥率进行了研究。基于Renner提出的协议安全性证明理论分析了六态QKD协议非平衡选基的过程,推导出在非平衡选基条件下协议的最终安全密钥率公式,得出了两种选基概率对有效密钥率的影响。在此基础上,给出了非平衡选基六态QKD协议效率和最终的安全密钥率。所获得的分析结果可以有效提高协议的最终成码率,并可以直接应用在实际量子密码系统中。
【文章来源】：信息工程大学学报. 2015,16(06)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
量子密钥分配流程图
1，λ2，λ3，λ4和误码率e之间的关系。在六态协议中，不妨假定3组基下的误码率均为e，则可以得到λ2+λ3=λ2+λ4=λ3+λ4=e，且λ1+λ2+λ3+λ4=1。从而不同系数应满足以下关系:λ1=1－3e2，λ2=λ3=λ4=e2，其中，e为误码率。可以得到:Ｒ≥P02+P12+(1－P0－P1[)]2[·1－(1－e)h(1－3e21－e)－eh(12)－h(1－e])。通过Matlab进行计算，可以得到最终的有效密钥率Ｒ与误码率e的关系如图2所示，图中横轴表示误码率e，纵轴表示最终有效密钥率Ｒ。图2中短虚线表示当发送方Alice选择X基和Z基的概率都为0．2时，最终的有效密钥率Ｒ与误码率e的关系。当误码率达到最大值0．126时，密钥率公式取值为0，无法得到安全的密钥。当误码率最小为0时，利用非平衡选基最终得到的有效密钥率最大为0．44，大于平衡选基情况下的密钥率1/3。图2最终有效密钥率Ｒ与误码率e的关系对比图2中长虚线表示当发送方Alice选择X基和Z基的概率都为0．4时，最终的有效密钥率Ｒ与误码率e的关系。当误码率达到最大值0．126时，密钥率公式取值为0，最终的有效密钥率为0，当误码率最小为0时，最终的有效密钥率最大为0．36，大于平衡选基情况下的密钥率1/3。通过上述对六态协议的分析可以知道，发送方Alice和接收方Bob，在平衡选基的时候，即收发双发选择X基和Z基的概率都为1/3时，对基成功的概率为1/3，当误码率为0时，最终的有效密钥率最大为1/3，在非平衡选基的情况下，对基成功的概率为P=P02+P12+(1－P0－P1)2，当误码率为0时，最终的有效密钥率就是对基成功的概率。3结束语在原始的量子密钥?
658信息工程大学学报2015年图1量子密钥分配流程图为25%，而六态协议的截取重发攻击引入的误码率为1/3。因此，相比较于BB84协议，六态协议中窃听者的攻击会引入更多的误码。作为量子通信中的基础性协议，BB84协议对量子通信有着重要意义与作用，而针对BB84协议的研究也很多，如协议的安全性分析和协议的效率分析等［5-6］，对BB84协议在通信中的应用起到了促进作用，使得协议的使用更加完善。但是，原始BB84协议的对基效率只有50%，有一半的测量结果在对基过程中被丢弃，进而影响协议的效率。为了提高协议的密钥生成率，非平衡选基BB84协议［7］有效降低了对基过程中的密钥损耗，从而有效地提高了协议的匹配测量效率及最终安全密钥率。六态协议作为量子密钥分配的一种分配方案，其经典量子密钥分配过程与BB84协议量子密钥分配过程相似，不同之处在于量子态制备方面，六态协议的量子态制备与BB84协议的量子态制备不同，在六态协议量子态制备中，发送方Alice需要制备3组正交基下6种不同形式的量子态:Z:|0〉，|1〉;X:|0〉=(|0〉+|1〉)槡2，|1〉=(|0〉－|1〉)槡2;Y:|0〉=(|0〉+i|1〉)槡2，|1〉=(|0〉－i|1〉)槡2，其中，Z基、X基、Y基是3组相互不正交的基，接收方Bob收到发送方发来的信号后，用Z基、X基、Y基中的一个进行测量，只有发送方Alice发送的基和接收方Bob测量的基相匹配时，才会得到正确的信息，否则无法得到正确的信息。在BB84协议中，发送方只需要制备Z基和X基下4种不同的量子态，而接收方需要随机选择Z基和X基进行测量，双方对基成功的概率为0．5。从六态协议的协议过程可知，协议对基成功的效率只有1/3，相应地会有2/3的测量结果被丢弃，同样影响协议的效率。非平衡选基的出
【参考文献】：
期刊论文
[1]Security of biased BB84 quantum key distribution with finite resource[J]. 赵良圆,李宏伟,银振强,陈巍,尤娟,韩正甫. Chinese Physics B. 2014(10)
[2]量子密码安全性研究[J]. 李宏伟,陈巍,黄靖正,姚尧,刘东,李芳毅,王双,银振强,何德勇,周政,李玉虎,俞能海,韩正甫. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2012(11)
本文编号：3275784
【文章来源】：信息工程大学学报. 2015,16(06)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
量子密钥分配流程图
1，λ2，λ3，λ4和误码率e之间的关系。在六态协议中，不妨假定3组基下的误码率均为e，则可以得到λ2+λ3=λ2+λ4=λ3+λ4=e，且λ1+λ2+λ3+λ4=1。从而不同系数应满足以下关系:λ1=1－3e2，λ2=λ3=λ4=e2，其中，e为误码率。可以得到:Ｒ≥P02+P12+(1－P0－P1[)]2[·1－(1－e)h(1－3e21－e)－eh(12)－h(1－e])。通过Matlab进行计算，可以得到最终的有效密钥率Ｒ与误码率e的关系如图2所示，图中横轴表示误码率e，纵轴表示最终有效密钥率Ｒ。图2中短虚线表示当发送方Alice选择X基和Z基的概率都为0．2时，最终的有效密钥率Ｒ与误码率e的关系。当误码率达到最大值0．126时，密钥率公式取值为0，无法得到安全的密钥。当误码率最小为0时，利用非平衡选基最终得到的有效密钥率最大为0．44，大于平衡选基情况下的密钥率1/3。图2最终有效密钥率Ｒ与误码率e的关系对比图2中长虚线表示当发送方Alice选择X基和Z基的概率都为0．4时，最终的有效密钥率Ｒ与误码率e的关系。当误码率达到最大值0．126时，密钥率公式取值为0，最终的有效密钥率为0，当误码率最小为0时，最终的有效密钥率最大为0．36，大于平衡选基情况下的密钥率1/3。通过上述对六态协议的分析可以知道，发送方Alice和接收方Bob，在平衡选基的时候，即收发双发选择X基和Z基的概率都为1/3时，对基成功的概率为1/3，当误码率为0时，最终的有效密钥率最大为1/3，在非平衡选基的情况下，对基成功的概率为P=P02+P12+(1－P0－P1)2，当误码率为0时，最终的有效密钥率就是对基成功的概率。3结束语在原始的量子密钥?
658信息工程大学学报2015年图1量子密钥分配流程图为25%，而六态协议的截取重发攻击引入的误码率为1/3。因此，相比较于BB84协议，六态协议中窃听者的攻击会引入更多的误码。作为量子通信中的基础性协议，BB84协议对量子通信有着重要意义与作用，而针对BB84协议的研究也很多，如协议的安全性分析和协议的效率分析等［5-6］，对BB84协议在通信中的应用起到了促进作用，使得协议的使用更加完善。但是，原始BB84协议的对基效率只有50%，有一半的测量结果在对基过程中被丢弃，进而影响协议的效率。为了提高协议的密钥生成率，非平衡选基BB84协议［7］有效降低了对基过程中的密钥损耗，从而有效地提高了协议的匹配测量效率及最终安全密钥率。六态协议作为量子密钥分配的一种分配方案，其经典量子密钥分配过程与BB84协议量子密钥分配过程相似，不同之处在于量子态制备方面，六态协议的量子态制备与BB84协议的量子态制备不同，在六态协议量子态制备中，发送方Alice需要制备3组正交基下6种不同形式的量子态:Z:|0〉，|1〉;X:|0〉=(|0〉+|1〉)槡2，|1〉=(|0〉－|1〉)槡2;Y:|0〉=(|0〉+i|1〉)槡2，|1〉=(|0〉－i|1〉)槡2，其中，Z基、X基、Y基是3组相互不正交的基，接收方Bob收到发送方发来的信号后，用Z基、X基、Y基中的一个进行测量，只有发送方Alice发送的基和接收方Bob测量的基相匹配时，才会得到正确的信息，否则无法得到正确的信息。在BB84协议中，发送方只需要制备Z基和X基下4种不同的量子态，而接收方需要随机选择Z基和X基进行测量，双方对基成功的概率为0．5。从六态协议的协议过程可知，协议对基成功的效率只有1/3，相应地会有2/3的测量结果被丢弃，同样影响协议的效率。非平衡选基的出
【参考文献】：
期刊论文
[1]Security of biased BB84 quantum key distribution with finite resource[J]. 赵良圆,李宏伟,银振强,陈巍,尤娟,韩正甫. Chinese Physics B. 2014(10)
[2]量子密码安全性研究[J]. 李宏伟,陈巍,黄靖正,姚尧,刘东,李芳毅,王双,银振强,何德勇,周政,李玉虎,俞能海,韩正甫. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2012(11)
本文编号：3275784
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