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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于不穩(wěn)定光源的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)
- 小類：
- 數(shù)理
- 簡介：
- 目前量子密碼已經(jīng)成為全球新一代安全體系的競爭焦點(diǎn)，也是我國的戰(zhàn)略發(fā)展需求。本文著重改進(jìn)了誘騙態(tài)量子密鑰協(xié)議，且提出了一個(gè)新的成碼率公式，使得量子密碼效率和安全大幅度提升，從而使得量子密碼的成本下降且安全距離增加。并且本文所提出的協(xié)議并不要求更新或改動(dòng)原有實(shí)驗(yàn)設(shè)備。
- 詳細(xì)介紹：
- 目前，量子密碼已經(jīng)成為了全球密碼安全體系的研究熱點(diǎn)，它所具有的無條件安全性也將成為新一代的密碼安全體系。 目前，量子密鑰分配的實(shí)現(xiàn)均基于誘騙態(tài)協(xié)議。然而原先誘騙態(tài)協(xié)議在光源漲落時(shí)，將導(dǎo)致效率和安全性的下降，并且下降比例不容樂觀。而對(duì)于弱相干態(tài)光源的精確控制卻無法很好實(shí)現(xiàn)，卻需要很高的成本和人力物力投入。 而本文著重于理論方面，通過改進(jìn)原先的誘騙態(tài)量子密鑰分配協(xié)議。考慮了誘騙態(tài)和信號(hào)態(tài)的光強(qiáng)漲落關(guān)聯(lián)，從而提出了一個(gè)新的量子密鑰成碼率公式?；谠搮f(xié)議，在光強(qiáng)大幅度漲落時(shí)，通訊雙方仍然能夠產(chǎn)生無條件安全的量子密鑰。例如，光強(qiáng)漲落10%時(shí)，原先協(xié)議已經(jīng)無法工作，然而經(jīng)過本文改進(jìn)后的協(xié)議其工作效率為無光強(qiáng)漲落時(shí)的70%，并且不需要追加任何設(shè)備和成本。 基于對(duì)于光強(qiáng)漲落的高度抑制能力，本協(xié)議將使得量子密碼的實(shí)用性大幅度提升，從而希望實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離的量子保密通訊（目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了250公里遠(yuǎn)距離的通訊）。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目前量子密鑰分發(fā)為新一代密碼安全體系，已經(jīng)成為我國戰(zhàn)略發(fā)展需求，其關(guān)系到國防、民生等各方面重大安全問題。 而我基于誘騙態(tài)協(xié)議，前一步完善和彌補(bǔ)了光強(qiáng)漲落所帶來的安全性隱患，使得量子密鑰分發(fā)的安全性和實(shí)用性進(jìn)一步提升，使得效率大幅度提升。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 我們所改進(jìn)完成的協(xié)議，在不改變?nèi)魏卧O(shè)備情況下，可以使得量子密鑰分發(fā)的效率提升400%以上，并且可以有效抵抗光強(qiáng)漲落的安全性隱患，換一種意義而言將使得量子密碼的成本降低到原來的20%左右，距離至少提升一倍以上。 在現(xiàn)有的商用量子密碼機(jī)和量子密鑰分配實(shí)驗(yàn)中，均采用以前的誘騙態(tài)方法協(xié)議。經(jīng)過論證和分析，我們的協(xié)議使得量子密碼更加具有實(shí)用性、成本更低，更有望實(shí)現(xiàn)1000公里的超遠(yuǎn)距離保密通訊。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 該作品為密碼安全問題，直接關(guān)系到我國的國防安全等。目前量子密碼已經(jīng)成為國際上新一代安全體系的爭奪焦點(diǎn)。 而現(xiàn)在，量子密碼和網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)的973項(xiàng)目已經(jīng)通過3項(xiàng)，863項(xiàng)目2項(xiàng)。并且國家已經(jīng)提出了相關(guān)方面的戰(zhàn)略需求。 使用者可以不更新任何設(shè)備就使得效率和安全大幅度提升。預(yù)計(jì)本作品所提出的協(xié)議可以在近一年內(nèi)推廣到所有的商用密碼機(jī)或密鑰分配使用。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 我們提出了一個(gè)新的量子密鑰成碼率公式。而該公式可以使得光源存在漲落時(shí)，對(duì)于單光子計(jì)數(shù)率可以提出一個(gè)更緊致的下界?；谶@個(gè)公式，我們又研究了兩強(qiáng)度和三強(qiáng)度的協(xié)議。這個(gè)成碼率公式對(duì)于被動(dòng)選擇的量子密鑰分發(fā)協(xié)議（PRL 99, 180503），可以使之在光源大漲落下仍然安全工作。進(jìn)一步而言，可以使得被動(dòng)選擇協(xié)議不需要進(jìn)行嚴(yán)格的光強(qiáng)控制和操作。同樣的，對(duì)于三強(qiáng)度的量子密鑰分發(fā)協(xié)議，我們證明了我們提出的新協(xié)議可以有效地大幅度提升密鑰分發(fā)的效率。
獲獎(jiǎng)情況
- 2010年7月26日發(fā)表在《Physical Review》雜志上
鑒定結(jié)果
- 暫無
參考文獻(xiàn)
- [1] Wang X.-B. Beating the photon-number-splitting attack in pratical quantum cryptography. Phys. Rev. Lett. 94, 230503 (2005) [2] Inamori H., Lutkenhaus N. and Mayers D. Unconditional security of pratical quantum key distribution. Europ. Phys. J. D 41, 599 (2007) [3] Gottesman D, Lo H.-K, Lutkenhaus N. and Preskill J. Security of quantum key distribution with imperfect devices. Quantum Inf. Comput. 4, 325 (2004) [4] Peng C.-Z., Zhang J. Yang D. Gao W.-B., Ma H.-X., Yin H., Zeng H.-P., Yang T., Wang X.-B and Pan J.-W. Experimental long-distance decoy-state quantum key distribution based on polarization encoding. Phys. Rev. Lett. 98, 010505 (2007) [5] Wang X.-B., Peng C.-Z., Zhang J., Yang L. and Pan J.-W. General theory of decoy-state quantum key cryptography with source errors. Phys. Rev. A 77, 042311 (2008)
同類課題研究水平概述
- 目前，誘騙態(tài)協(xié)議為量子密鑰分發(fā)的通用協(xié)議。然而原先的協(xié)議沒有解決實(shí)際光強(qiáng)漲落所帶來的安全性隱患，當(dāng)光強(qiáng)漲落達(dá)到10%時(shí)，即無法產(chǎn)生安全的量子密鑰了。然而大量的實(shí)驗(yàn)表明，精確控制弱相干光源的成本和精力是十分巨大的，同時(shí)也是一項(xiàng)十分具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)難題。 現(xiàn)清華大學(xué)、中國科技大學(xué)、北京大學(xué)、國防科技大學(xué)等多個(gè)實(shí)驗(yàn)小組都致力于研究量子密鑰分配的設(shè)備和器材。在光源開發(fā)和控制上也投入了巨大的人力和物力。 然而，本文則通過理論改進(jìn)來彌補(bǔ)該漏洞，考慮了誘騙態(tài)和信號(hào)態(tài)兩者的關(guān)聯(lián)，提出了新的成碼率公式，可以使得效率提升400%以上。從而對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的要求和門檻大量降低。 在此之前，量子密碼機(jī)已經(jīng)投入了商業(yè)應(yīng)用，但是其自身的安全性漏洞卻沒有被彌補(bǔ)。而我們的協(xié)議卻不要求改變?nèi)魏螌?shí)驗(yàn)設(shè)備和條件，成本的追加為零?？蔀閲夜?jié)約數(shù)以百萬的設(shè)備更新經(jīng)費(fèi)。 并且，國際上正在研究被動(dòng)選擇誘騙態(tài)量子密鑰分配協(xié)議，可參見 PRL 99, 180503一文。被動(dòng)選擇的實(shí)驗(yàn)方式可以避免偽隨機(jī)數(shù)的漏洞，但是在這種實(shí)驗(yàn)機(jī)制提出后，卻因?yàn)榈拖碌膶?shí)驗(yàn)效率而無法實(shí)現(xiàn)。但是采用我們的成碼率公式之后，卻能產(chǎn)生安全的密鑰。也為量子密碼的發(fā)展指出了一條新的道路。
