[实用新型]一种诱骗态量子密钥分发系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及量子信息技术领域，尤其涉及一种诱骗态量子密钥分发系统。

背景技术

随着互联网的飞速发展以及广泛普及和应用，通讯安全的重要性不断提升。在很多情况下，通讯双方希望通过公共信道传递信息，并同时保证信息的隐私性。例如，当银行向用户索取账号和密码的时候，用户总是希望他们通过公共信道传递的信息是隐私，是第三方无法获知的。在现有技术中，通过对信息一次一密的加密的方法，可以保证信息的隐私安全性，但这需要双方共享大量的私有密钥。由于通讯双方共享公有密钥，因此经典通讯协议的安全性实际上是基于计算复杂度的。然而，随着科技的发展，经典通讯的安全性将可能产生问题。

基于量子力学的基本原理，量子密钥分发可以在两方之间共享安全的随机密钥。利用共享的密钥可以对通讯中的信息进行加密，从而保证通讯安全。由于量子密钥分发技术的安全性是基于物理学基本原理，因此是信息论安全的。量子密钥分发的核心技术在于密钥共享双方可以探测第三方截获的密钥信息，从而可以将泄漏的信息剔除以得到安全的密钥。

量子密钥分发技术是量子信息技术中最有应用前景的技术之一。随着量子信息技术的发展，量子密钥分发系统已经在实验中得以实现。当前的量子密钥分发技术大多都基于诱骗态的BB84协议。在该协议中，需要制备斜测量基(简称X基，其本征态为两种对角偏振态|+>和|->，下同)和直测量基(简称Z基，其本征态为两种垂直偏振态|0>和|1>，下同)的本征态，因此是基于两组测量基的4种本征态进行编码。例如，在现有技术中的四态量子密钥分发技术中，一般需要发送Z基的本征态|0>和|1>，以及相应的诱骗态“|0>decoy”和“|1>decoy”；还需要发送X基的本征态|+>和|->，以及相应的诱骗态“|+>decoy”和“|->decoy”。所以，上述的基于诱骗态的BB84协议中，实际需要使用8种量子态。

另外，在上述的基于诱骗态的BB84协议中，由于只在X和Z两组测量基下进行编码，因此在传输过程中所产生的损耗，使得该协议往往不能最大化地利用信道进行信息以及密钥的传输，使得量子密钥分发的成码率对于一个给定的实际信道没有达到其理论上的最大值，因而会导致实际的传输效率并非最优的。因此，现有技术中的四态的量子密钥分发技术由于编码的问题使得其成码率也受到了相应的限制。

此外，现有技术中还提出了一种六态量子密钥分发技术。在该技术中，是通过在X、Y、Z三组测量基下的六种本征态(简称为六态)进行编码，从而保证量子密钥分发技术可以最大程度地利用信道进行传输。因此，在该技术中，除了上述的8种量子态之外，还需要额外发送Y基的本征态|+i>和|-i>，以及相应的诱骗态“|+i>decoy”和“|-i>decoy”，以提高实际量子密钥分发系统的成码率。因此，在六态的量子密钥分发协议里一共需要发送12种量子态(或称为信号态)，其中的冗余量很大。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种诱骗态量子密钥分发系统，从而在提高量子密钥分发系统的成码率的同时，大大减少了所使用的量子态的数目，节省了制备、发送或接收量子态所需的系统资源。

本实用新型的技术方案具体是这样实现的：

一种诱骗态量子密钥分发系统，该系统包括：发送装置和接收装置；

所述发送装置和接收装置通过传输信道连接；

所述发送装置，用于预先选择三组测量基，并从三组测量基中选择任意一组测量基作为信号测量基，将另外两组测量基作为诱骗测量基；根据预设的概率从所述三组测量基中选择一组测量基；当所选择的测量基为诱骗测量基时，发送装置随机向所述接收装置发送所选择的诱骗测量基的预设的第一本征态或与该预设第一本征态对应的诱骗态；当所选择的测量基为信号测量基时，发送装置随机向所述接收装置发送所述信号测量基的任意一个本征态或与本征态对应的任意一个诱骗态；将所发送的各个量子态的测量基信息以及所发送的诱骗态的信息发送给接收装置；还还用于根据所发送或接收到的测量基信息以及诱骗态的信息进行参数估计，得到误码率；当误码率不大于预设阈值时，进行纠错并进行隐私放大，得到密钥；

所述接收装置，用于随机使用所述三组测量基中的一组测量基对所接收的量子态进行测量，得到测量结果；将对所接收的量子态所使用的测量基信息发送给发送装置；并根据测量结果和接收到的测量基信息以及诱骗态的信息进行参数估计，得到误码率；当误码率不大于预设阈值时，进行纠错并进行隐私放大，得到密钥。