申请/专利权人：西安电子科技大学

申请日：2022-01-21

公开（公告）日：2024-04-23

公开（公告）号：CN114448621B

主分类号：H04L9/08

分类号：H04L9/08;H04B10/70

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.23#授权;2022.05.24#实质审查的生效;2022.05.06#公开

摘要：本发明属于量子信息通信技术领域，公开了一种多方双场量子密钥分发协议实现方法及系统，使用测量端的W态分析器对编码后的光脉冲进行W4态测量，输入的信号态会被投影到W4态，根据W态分析器中单光子探测器的响应结果唯一的区分出一组W4态，通信用户通过筛选获得密钥；将双场量子密钥分发协议和W态分析器相结合，实现四方用户之间的通信，当不可信的测量端公布的探测响应结果是有效的探测响应时，四个参与者中的任意两个参与者公开自己的信息比特，则其余两个参与者可获得密钥比特。本发明对应的探测成功的总概率为6.25％，相对于目前已有的基于双光子干涉的W态分析器，探测成功概率提高了八倍。

主权项：1.一种多方双场量子密钥分发协议实现方法，其特征在于，所述多方双场量子密钥分发协议实现方法基于两方双场量子密钥分发协议的编码方式和测量端W态分析器对光脉冲的测量，测量端使用W态分析器对编码后的光脉冲进行基于单光子干涉的态测量，输入的信号态会被投影到态，根据W态分析器中单光子探测器的响应结果唯一的区分出一组态，通信用户通过筛选获得密钥；将双场量子密钥分发协议和W态分析器相结合，实现四方用户之间的通信，当不可信的测量端公布光脉冲的有效探测响应时，四个参与者中的任意两个参与者公开自己的信息比特，则其余两个参与者可获得密钥比特；所述多方双场量子密钥分发协议实现方法包括以下步骤：第一步，构建基于W态分析器的多方双场量子密钥分发系统；第二步，光源发出光脉冲第三步，对光源发出的光脉冲进行编码；第四步，测量端Emma对编码后的光脉冲进行测量并公布测量结果；第五步，通信用户通过筛选获得密钥；第六步，通信用户对筛选得到的密钥进行参数估计；第七步，通信用户对密钥后处理；所述第一步包括：构建包括结构相同的四个合法通信用户支路Bob、Alice、Charlie和David，以及包括W态分析器的一个不可信的测量端Emma的双场量子密钥分发系统；四个通信用户中的任意一个通信用户既是发送方又是其他用户的接收方；不可信的测量端Emma包括由一个干涉仪组和四个单光子探测器构成的W态分析器，W态分析器有四个输入端；每个合法的通信用户支路包括依次连接的理想单光子源SPS、连接有随机数发生器RNG1的强度调制器IM以及连接有随机数发生器RNG2的相位调制器PM，强度调制器IM和相位调制器PM又共同连接着一个随机数发生器RNG3；四个结构完全相同的通信用户支路通过量子信道连接到测量端Emma处的W态分析器的四个输入端；所述第三步包括：（1）每个用户支路的理想单光子源SPS发出的光脉冲和都可根据随机数发生器RNG3产生的二进制随机数执行相应的编码操作，强度调制器IM和相位调制器PM判断随机数发生器RNG3产生的二进制随机数的值是否为1，若是1，则在编码基Z下对光脉冲进行编码，执行（2），否则在编码基X下对光脉冲进行编码，执行（3）；（2）在编码基Z下对光脉冲进行编码：强度调制器IM判断随机数发生器RNG1产生的二进制随机数的值是否为1，若是1，强度调制器IM不发挥作用相当于通路，光脉冲正常通过，否则强度调制器IM将光脉冲的强度调制为0；随机数发生器RNG2和相位调制器PM不发挥作用相当于通路，经过强度调制器IM调制后的光脉冲正常通过；（3）在编码基X下对光脉冲进行编码：强度调制器IM判断随机数发生器RNG1产生的二进制随机数的值是否为1，若是1，强度调制器IM不发挥作用相当于通路，光脉冲正常通过，否则强度调制器IM将光脉冲的强度调制为0；相位调制器PM根据随机数发生器RNG2产生的二进制随机数对经过强度调制器IM调制后的光脉冲进行调制，相位调制器PM判断随机数发生器RNG2产生的二进制随机数的值是否为1，若是1，相位调制器PM对光脉冲调制相位，否则相位调制器PM对光脉冲调制相位0；（4）最终，Bob、Alice、Charlie和David各自支路中由光源发出的N个光脉冲在不同的编码基下进行编码后会得到N个编码后的光脉冲分别为和；表示Bob、Alice、Charlie和David各自支路中编码后的第i个光脉冲，其中每个通信用户支路将编码后的N个光脉冲依次通过量子信道发送到测量端Emma处；所述第四步包括：（1）各个通信用户支路中编码后的光脉冲依次通过量子信道到达W态分析器的输入端；每个用户支路中编码后的光脉冲视为一组，同时经过W态分析器中的一组干涉仪进行单光子干涉后，会在W态分析器中的四个单光子探测器处产生一组探测响应，共会得到N组探测响应；每组探测响应可能是不同的，共会有种模式的探测响应，，其中有32种模式的探测响应是有效的；当编码后的一组光脉冲的探测响应是32种模式的探测响应中的任意一种时，认为该组探测响应是一次有效的探测事件；（2）Emma通过通信用户之间认证的经典信道公布N组探测响应的结果；参与通信的用户分别通过经典信道公布N个光脉冲的编码基信息以及相位片段信息；所述第五步包括：当测量端Emma公布的该组光脉冲的探测响应结果是32种模式的探测响应中的任意一种，编码后的一组光脉冲都是采用编码基Z进行编码时，参与通信的用户之间可以成功获得原始密钥比特；其中任意两个参与者公布自己的信息比特，如果公布的信息比特是“11”，则剩下的两个参与者通过翻转任意一个参与者的信息比特获得密钥；所述第六步包括：所有的通信用户从所得到的原始密钥比特数据中随机抽取一部分密钥比特推算出增益和量子比特误码率，如果量子比特误码率QBER小于阈值，则剩余量子密钥比特充当初始密钥比特，执行第七步；如果量子比特误码率QBER大于阈值，则推测出可能存在窃听者Eve，丢弃密钥，密钥分发结束；所述第七步包括：在获得筛选过的初始密钥比特后，所有的通信用户对筛选后的初始密钥比特执行纠错和密性放大；最后生成无条件安全密钥，一次完整的多方双场量子密钥分发协议执行完成。

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