本發(fā)明提供了一種基于量子存儲器的量子密鑰分發(fā)方法。該方法通過在密鑰分發(fā)系統(tǒng)中的接收端Bob中引入量子存儲器這一量子器件，利用量子存儲器的指示特性標(biāo)記真空態(tài)，降低暗計(jì)數(shù)的影響，從而降低誤碼率，最終顯著提高了安全碼率和傳輸距離。本發(fā)明系統(tǒng)模型簡單，與以往工作相比，在滿足量子密鑰分發(fā)安全性的前提下，成功實(shí)現(xiàn)了更遠(yuǎn)的傳輸距離。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及量子通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于量子存儲器的量子密鑰分發(fā)方法。

背景技術(shù)

古往今來，為了保證信息的安全性，人們的加密手段不斷的更迭，從手工加密到機(jī)器加密。雖然“一次一密”的加密系統(tǒng)可以達(dá)到無條件安全，但是通信雙方需要在通信前共享一個(gè)與明文等長的密鑰，并且保證密鑰不被第三方竊聽，這本身就和保證明文不被竊聽一樣困難。目前普遍使用的密碼，都只是計(jì)算安全性，只能保證密鑰一定時(shí)間內(nèi)的安全。隨著計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度不斷的提升和新破譯算法的不斷提出，破譯的時(shí)間越來越短，這種計(jì)算安全性終究會被打破。尤其是在量子計(jì)算機(jī)的概念提出后，這種危險(xiǎn)越來越明顯。現(xiàn)有的密碼系統(tǒng)將不再安全。針對這一問題，人們利用量子力學(xué)的相關(guān)定律，提出了量子密碼系統(tǒng)的概念。其基本思想是將量子密鑰分發(fā)協(xié)議(quantum?key?distribution，QKD)和“一次一密”加密系統(tǒng)相結(jié)合。“一次一密”加密系統(tǒng)的安全性直接取決于使用的密鑰是否可以滿足下面要求：生成的密鑰在理論上是真隨機(jī)的，以及可以進(jìn)行足夠長的密鑰安全分發(fā)。而QKD的安全性是基于物理原理的，可以理論上得到足夠長且真隨機(jī)的密鑰，即使竊聽者擁有無限的計(jì)算資源也無法破解密鑰，完全可以滿足“一次一密”加密系統(tǒng)對密鑰分發(fā)方法的要求。故無條件安全的密鑰分發(fā)方法和無條件安全的加密系統(tǒng)相結(jié)合的量子密碼系統(tǒng)可以做到真正的無條件安全性。

QKD經(jīng)過三十多年的發(fā)展已經(jīng)愈加成熟，其目的就是讓兩個(gè)遠(yuǎn)距離用戶共享一串安全密鑰。但是在傳輸過程中，除了光源本身存在一定比例的真空態(tài)之外，脈沖中的光子會被信道所“吸收”而衰減。隨著傳輸距離越來越長，光子衰減越來越大，測量得到的信號計(jì)數(shù)也越來減少，暗計(jì)數(shù)率產(chǎn)生的噪聲在信號計(jì)數(shù)中所占比例越來越大，最終導(dǎo)致誤碼率越來越高，安全密鑰率越來越小。當(dāng)傳輸距離超過一定界限時(shí)，就無法再生成安全密鑰了。為了解決通信雙方過遠(yuǎn)時(shí)的通信問題，人們提出的量子中繼和可信中繼的方案，它們的模型都較為復(fù)雜，其中量子中繼需要糾纏光源和量子存儲器，而可信中繼中方案的中繼站不僅需要保證是可信任的，還要保證是安全的。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于量子存儲器的量子密鑰分發(fā)方法，通過在密鑰分發(fā)系統(tǒng)中的接收端中引入量子存儲器這一量子器件，利用量子存儲器的指示作用來減小暗計(jì)數(shù)對系統(tǒng)成碼的影響，解決了基于弱相干態(tài)光源的量子密鑰分發(fā)方法在遠(yuǎn)距離傳輸上的限制問題。

本發(fā)明提供了一種基于量子存儲器的量子密鑰分發(fā)方法，所述方法以偏振編碼為例，包括以下步驟：

步驟一：發(fā)送方Alice和接收方Bob首先事先約定好編碼信息：包括Z基下的{0°、90°}、X基下的{45°、135°}。這四種偏振態(tài)的對應(yīng)關(guān)系：{0°、45°}代表0，{90°、135°}代表1；

步驟二：Alice以概率P_μ將每個(gè)光脈沖調(diào)制為強(qiáng)度μ，μ∈{μ₁、μ₂、…、μ_d}，d為強(qiáng)度個(gè)數(shù)，并將其以概率P_z|μ制備成Z基的0°或90°偏振態(tài)，以概率1-P_z|μ制備成X基的45°或135°偏振態(tài)，然后發(fā)送給Bob，P_z|μ為發(fā)送強(qiáng)度μ時(shí)選擇Z基的概率；

步驟三：每個(gè)光脈沖經(jīng)過量子信道，到達(dá)Bob端；首先量子存儲器讀入光脈沖，并根據(jù)讀入的結(jié)果發(fā)出指示信號，提示Bob有無光子讀入；若有光子讀入，則存儲器存儲一定時(shí)間后釋放該光子，Bob以概率選擇Z基進(jìn)行測量，的概率選擇X基進(jìn)行測量，并記錄每次采取的測量基和測量結(jié)果。為Bob端選擇Z基的概率；若沒有光子讀入，Bob不做測量，將其丟棄；