[发明专利]一种被动式诱骗态量子数字签名方法

说明书

本发明提出一种被动式诱骗态量子数字签名方法，应用于量子数字签名系统中。在量子数字签名的密钥分发阶段，本发明利用参量下转换过程产生信号光和休闲光，信号光发送给接收端，休闲光用于本地探测。发送端的本地探测包含一个分束器(BS)和两个探测器(D1、D2)，休闲光经过分束器后触发两个探测器，产生四种不同的响应事件，记录并利用这四种不同的响应事件来构建新型被动式诱骗态方法，使得在满足给定安全性的条件下能够用于签名的密钥大大增加。我们使用单模标准商用光纤实现了超过200km的被动式诱骗态量子数字签名，最终的签名率高于之前的一些QDS系统。本发明方案首次将被动式诱骗态技术应用在量子数字签名系统中。

技术领域

本发明涉及量子通信中的量子数字签名技术领域，尤其是一种被动式诱骗态的量子数字签名方法。

背景技术

数字签名是最重要的密码协议之一，已经应用于多种场合，如软件分发，金融交易，电子合同等。经典的数字签名基于计算安全性，例如经典数字签名中运用的RSA算法就是依靠大整数分解的难度。然而，经典的数字签名易受到来自于算法上的突破和量子计算机的威胁。相比之下，基于量子力学理论，量子数字签名(QDS，Quantum DigitalSignature)旨在为合法用户(Alice，Bob和Charlie)提供信息论层面的安全性。第一个QDS协议由Gottesman和Chuang在2001年提出，它需要非破坏性的态比较，长时间的量子存储和安全的量子信道。此后，为了使QDS更加实用，主动式诱骗态方法被广泛使用，该方法利用声光调制器或电光调制器将光源调制成若干不同强度。然而，这种主动调节光强的方法可能会将信号态/诱骗态的信息泄漏给窃听者Eve。为了减少信息泄漏的可能性，可以使用基于参量下转换(PDC，Parametric-Down Conversion)光源的被动式诱骗态方法。但是以往的被动式诱骗态方法只有两种探测事件：触发事件(T)和非触发事件(N)。此外，作为本地检测的休闲光子不会受到调制损耗和信道损耗的影响，导致暗计数率的提高和最大计数率的限制。

发明内容

本发明目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种被动式诱骗态的量子数字签名方法，该方法应用于QDS传输系统中，经PDC过程产生标记单光子源，信号光发送给接收端，休闲光用于本地探测。发送端的本地探测包含一个分束器(BS，beam splitter)和两个探测器(D1、D2)，休闲光经过分束器后触发两个探测器，产生四种不同的响应事件，记录并利用这四种不同的响应事件对接收端接收的信号进行估计和处理，形成密钥进行签名。由于使用了新型被动式诱骗态方法，本发明可以在100公里处每7秒签名1bit以上消息，此外本发明可以实现200公里以上的签名距离，这说明被动式诱骗态QDS在实际应用中的可行性。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种基于量子光源的被动式诱骗态量子数字签名实现方法，该方法主要包括分发阶段和信息阶段。分发阶段分别由Bob-Alice和Charlie-Alice使用密钥生成协议(KGP，Key Generation Protocol)产生比特串，其中Bob和Charlie分别向Alice发送量子态，Alice对接收到的量子态进行测量。消息阶段包括发送和签名经典信息，其中Alice是发送方，Bob和Charlie是接收方。

发明内容：为实现上述技术效果，本发明提出一种被动式诱骗态量子数字签名方法，该方法应用于QDS传输系统中，QDS传输系统中包括用户端Alice、Bob、Charlie；该方法包括分发阶段和信息阶段；

在分发阶段，用户端Bob、Charlie作为发送端，Alice作为接收端，分发阶段包括步骤：

(1)发送端Bob/Charlie使用PDC过程产生N个脉冲对，将每个脉冲对拆开，形成两束分别包含N个脉冲的光束，其中，一束为休闲光，另一束为信号光；

(2)将休闲光分为两束，这两束休闲光分别被设置于本地的两个探测器D₁、D₂收集；根据探测器的触发结果生成4个响应事件，分别记为X₁～X₄：