基于不对称的诱骗态量子密钥分发协议的通信方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及互联网通讯技术领域，特别涉及一种基于不对称的诱骗态量子密钥分发协议的通信方法。
【背景技术】
[0002]量子密钥分发协议的安全性是由量子力学的基本定律保证的。其中，量子密钥分发协议应用最广泛的就是BB84协议，但是在BB84协议中要求光源是一个单光子源，然而在实际中，单光子源是很难实现的。
[0003]在实际的应用中，相关技术一般会使用相干光源，却易导致存在多光子成分。由于光子数攻击，多光子成分一定是不安全的，但是单光子成分和多光子成分是在一起的，且很难进行区分，导致大大降低QKD系统的安全传输距离以及安全密钥的生成率。因此，诱骗态BB84协议被提出来解决这个问题。在诱骗态BB84协议中，Al ice通过选择不同强度的光进行编码，从而可以准确的估计单光子成分，以提高QKD系统的性能。
[0004]具体地，在每一种强度的光下进行编码，Alice选择X基矢和Z基矢的概率是相同的，同时，Bob也以相同概率选择X和Z基矢进行测量，从而保证协议的安全性。但是不是最优的做法。
[0005]然而，诱骗态BB84协议中假设了 Alice和Bob以同样的概率选择编码和探测的基矢，在直观上，传输的信号中只有一半可以成码，因此诱骗态BB84协议并不是最优方法，有待改进。
【发明内容】
[0006]本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
[0007]为此，本发明的目的在于提出一种基于不对称的诱骗态量子密钥分发协议的通信方法，该通信方法可以提高安全密钥的生成率，并且简单方便。
[0008]为达到上述目的，本发明实施例提出了一种基于不对称的诱骗态量子密钥分发协议的通信方法，包括以下步骤:接收方和发送方建立通信信道；所述发送方随机生成数字序列，并在多个强度的光下对所述数字序列进行编码，其中，如果为信号态的光，则所述发送方在同一基失下进行编码，如果为弱诱骗态的光，则所述发送方分别以不同的概率选择在第一基失或第二基失下进行编码；所述发送方将编码信息发送给所述接收方，所述接收方分别以不同的概率选择在第一基失或第二基失下测量所述编码信息，以生成原始码；以及根据所述发送方选择的编码的基失和选择的光的强度以及所述接收方选择的测量的基失从所述原始码中筛选共享的密钥。
[0009]根据本发明实施例提出的基于不对称的诱骗态量子密钥分发协议的通信方法，通过随机生成数字序列，并在多个强度的光下对数字序列进行编码，并且以不同的概率选择在第一基失或第二基失下测量编码信息，以生成原始码，从而根据选择的编码的基失和选择光的强度以及选择的测量的基失从原始码中筛选共享的密钥，在保证通信安全性的基础上，通过不对称的选择基失，提高安全密钥的生成率，同时降低了诱骗态量子密钥协议的系统的复杂度，具有很强的应用价值。
[0010]另外，根据本发明上述实施例的基于不对称的诱骗态量子密钥分发协议的通信方法还可以具有如下附加的技术特征:
[0011]进一步地，在本发明的一个实施例中，上述方法还包括:对所述共享的密钥进行纠错，以使所述发送方和所述接收方中的共享的密钥一致。
[0012]进一步地，在本发明的一个实施例中，所述通信信道包括量子信道和/或经典信道。
[0013]优选地，在本发明的一个实施例中，光源可以为相干光源。
[0014]本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0015]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0016]图1为根据本发明实施例的基于不对称的诱骗态量子密钥分发协议的通信方法的流程图。
【具体实施方式】
[0017]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0018]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0019]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0020]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0021]下面在描述根据本发明实施例提出的基于不对称的诱骗态量子密钥分发协议的通信方法之前，先来简单描述一下相关技术中的BB84量子密钥分发和诱骗态量子密钥分发协议。
[0022]首先，BB84量子密钥分发:
[0023]在BB84量子密钥分发协议中，两个人，Alice和Bob希望进行安全的通信。其中，他们的通信方法为首先通过量子的手段共享一些完全随机的安全的密钥，其次再使用这些密钥对要通信的信息进行加密，比如可以使用一次一密的方法。这个BB84协议的安全性是有量子力学性质保证的，对称的BB84协议细节如下:
[0024]1.两个人Alice和Bob之间有量子信道(比如光纤)和经典信道。
[0025]2.Alice随机产生一串01数串，并将他们以等概率(对称的)编码在水平竖直编码(Z基矢)或者45度和-45度编码(X基矢)，并使用单光子发送给Bob。Bob以相同的概率(对称的)使用X基或Z基测量从Alice发出的信息，并生成原始码。
[0026]3.之后Alice和Bob公布自己编码和测量选择的基，并对原始码进行筛选和后处理。只有当他们选择相同的基进行编码和测量的时候，Alice和Bob从原始码得到了一个密钥。这样，只有50%的可能性Alice和Bob选择同样的基矢进行编码和测量，则只有大约50 %的原始码可以生成安全密钥。
[0027]其次，诱骗态量子密钥分发协议:
[0028]在BB84协议中，假设了 Alice使用的是单光子源。但是完美的单光子源在实际中是非常难以实现的。一般的情况下，是使用弱相干态光源的。但是这样就会存在多光子成分。诱骗态协议就是通过将量子信号编码在不同的强度的光下，这里要求相干态是完全连续想为随机的，从而一个相干态就会被认为是光子数态11X11，I 2X2 I，…，I nXn |态的混合态。作为一个例子，使用一个具体的实用化的实现方法，也就是“弱诱骗态+真空态”的诱骗态量子密钥分发协议。具体的协议如下:
[0029]1.两个人Alice和Bob之间有量子信道(比如光纤)和经典信道。
[0030]2.Alice随机产生一串01数串，并以一定概率将他们编码在不同的强度，具体的就是信号态，弱诱骗态和真空态这三种强度的完全相位连续随机的相干光。
[0031]3.对称的基矢选择。对于每一种强度的光，Alice将他们以等概率(对称的)编码在水平竖直编码(Z基矢)或者45度和-45度编码(X基矢)，并发送给Bob。当然真空态就是什么都不发，则不需要编码。
[0032]Bob以相同的概率(对称的)使用X基或Z基测量从Alice发出的信息，并生成原始码。
[0033]4.Alice和Bob进行后处理，从原始密钥得到最终的密钥。
[0034]①Alice和Bob分别公布自己编码和测量选择的基矢，Alice同时公布自己选择编码的光的强度，并对原始码进行筛选和后处理。只有当他们选择相同的基进行编码和测量的时候，Alice和Bob从原始码得到了筛选后的密钥。
[0035]②Alice和Bob通过纠错的步骤，来确保他们的密钥是完全相同的。并估算出Eve最多可能得到的信息。再通过保密放大对的方法得到最终的安全密钥。
[0036]相关技术中，例如在使用激光二极管作为光源的情况下，假设不同强度光制备不同的偏振态需要不同的激光二极管。因此，相关技术中的方案就需要8个不同的发光二极管，分别对应于弱诱骗态的4个态(X和Z基矢的O和I)以及信号态的4个态(X和Z基矢的O和I)。需要说明的是，真空态是不需要额外的发光二极管的。因此，光源需要8个激光二极管。
[0037]综上所述，相关技术中的方案可以很好的保证通信的安全性，但是生成密钥的效率上没有做到最好，只有一半的原始码可以生成安全密钥，安全密钥的生成率较低，同时也会使得光源部分更加复杂，增加了系统复杂度。
[0038]本发明正是基于上述问题，而提出了一种基于不对称的诱骗态量子密钥分发协议的通信方法。
[0039]下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于不对称的诱骗态量子密钥分发协议的通信方法。参照图1所示，该通信方法包括以下步骤:
[0040]SlOl，接收方和发送方建立通信信道。
[0041]其中，在本发明的一个实施例中，通信信道包括量子信道和/或经典信道。
[0042]S102，发送方随机生成数字序列，并在多个强度的光下对数字序列进行编码，其中，如果为信号态的光，则发送方在同一基失下进行编码，如果为弱诱骗态的光，则发送方分别以不同的概率选择在第一基失或第二基失下进行编码。