基本信息
- 項目名稱：
- 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
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 目前量子密碼已經成為全球新一代安全體系的競爭焦點，也是我國的戰(zhàn)略發(fā)展需求。本文著重改進了誘騙態(tài)量子密鑰協(xié)議，且提出了一個新的成碼率公式，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原有實驗設備。
- 詳細介紹：
- 目前，量子密碼已經成為了全球密碼安全體系的研究熱點，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，將導致效率和安全性的下降，并且下降比例不容樂觀。而對于弱相干態(tài)光源的精確控制卻無法很好實現(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，通過改進原先的誘騙態(tài)量子密鑰分配協(xié)議?？紤]了誘騙態(tài)和信號態(tài)的光強漲落關聯(lián)，從而提出了一個新的量子密鑰成碼率公式?；谠搮f(xié)議，在光強大幅度漲落時，通訊雙方仍然能夠產生無條件安全的量子密鑰。例如，光強漲落10%時，原先協(xié)議已經無法工作，然而經過本文改進后的協(xié)議其工作效率為無光強漲落時的70%，并且不需要追加任何設備和成本。 基于對于光強漲落的高度抑制能力，本協(xié)議將使得量子密碼的實用性大幅度提升，從而希望實現(xiàn)超遠距離的量子保密通訊（目前已經實現(xiàn)了250公里遠距離的通訊）。
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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，已經成為我國戰(zhàn)略發(fā)展需求，其關系到國防、民生等各方面重大安全問題。 而我基于誘騙態(tài)協(xié)議，前一步完善和彌補了光強漲落所帶來的安全性隱患，使得量子密鑰分發(fā)的安全性和實用性進一步提升，使得效率大幅度提升。
科學性、先進性及獨特之處
- 我們所改進完成的協(xié)議，在不改變任何設備情況下，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和量子密鑰分配實驗中，均采用以前的誘騙態(tài)方法協(xié)議。經過論證和分析，我們的協(xié)議使得量子密碼更加具有實用性、成本更低，更有望實現(xiàn)1000公里的超遠距離保密通訊。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 該作品為密碼安全問題，直接關系到我國的國防安全等。目前量子密碼已經成為國際上新一代安全體系的爭奪焦點。 而現(xiàn)在，量子密碼和網絡安全相關的973項目已經通過3項，863項目2項。并且國家已經提出了相關方面的戰(zhàn)略需求。 使用者可以不更新任何設備就使得效率和安全大幅度提升。預計本作品所提出的協(xié)議可以在近一年內推廣到所有的商用密碼機或密鑰分配使用。
學術論文摘要
- 我們提出了一個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，對于單光子計數(shù)率可以提出一個更緊致的下界?；谶@個公式，我們又研究了兩強度和三強度的協(xié)議。這個成碼率公式對于被動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。進一步而言，可以使得被動選擇協(xié)議不需要進行嚴格的光強控制和操作。同樣的，對于三強度的量子密鑰分發(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。
獲獎情況
- 2010年7月26日發(fā)表在《Physical Review》雜志上
鑒定結果
- 暫無
參考文獻
- [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)議沒有解決實際光強漲落所帶來的安全性隱患，當光強漲落達到10%時，即無法產生安全的量子密鑰了。然而大量的實驗表明，精確控制弱相干光源的成本和精力是十分巨大的，同時也是一項十分具有挑戰(zhàn)性的技術難題。 現(xiàn)清華大學、中國科技大學、北京大學、國防科技大學等多個實驗小組都致力于研究量子密鑰分配的設備和器材。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來彌補該漏洞，考慮了誘騙態(tài)和信號態(tài)兩者的關聯(lián)，提出了新的成碼率公式，可以使得效率提升400%以上。從而對實驗設備的要求和門檻大量降低。 在此之前，量子密碼機已經投入了商業(yè)應用，但是其自身的安全性漏洞卻沒有被彌補。而我們的協(xié)議卻不要求改變任何實驗設備和條件，成本的追加為零?？蔀閲夜?jié)約數(shù)以百萬的設備更新經費。 并且，國際上正在研究被動選擇誘騙態(tài)量子密鑰分配協(xié)議，可參見 PRL 99, 180503一文。被動選擇的實驗方式可以避免偽隨機數(shù)的漏洞，但是在這種實驗機制提出后，卻因為低下的實驗效率而無法實現(xiàn)。但是采用我們的成碼率公式之后，卻能產生安全的密鑰。也為量子密碼的發(fā)展指出了一條新的道路。
