[发明专利]对偏振编码量子密钥分配系统的攻击方法

说明书

技术领域

本发明属于量子保密通信领域，特别涉及对偏振编码量子密钥分配系统的攻击方法。

背景技术

几千年来，密码学不仅在国防、军事和外交领域发挥着重要作用，而且随着计算机和网络技术的发展，其在日常生活中也起到不可或缺的作用。但是随着经典计算机计算速度和计算规模的提高，以及计算能力强大的量子计算机的提出，密码学面临着越来越严重的安全威胁。“一次一密”密码体制是密码学中唯一被证明安全的密码体制，但其却存在密钥分配的难题，而量子密钥分配的出现无疑解决了这一难题。量子密钥分配以量子理论为基础，可以在不安全的公共信道上安全地实时分配密钥。因此，将量子密钥分配与“一次一密”相结合就可以完美地实现无条件安全的保密通信。

鉴于保密通信的重要性，量子密钥分配自1984年被正式提出以来，一直受到广泛关注，世界各国均投入大量的人力物力进行研究。BB84协议是Bennett和Brassard在1984年提出的(C.H.Bennett，and G.Brassard，Quantum cryptography：public key distribution and coin tossing，Proceedings of IEEE International Conference of Computers Systems and Signal Processing，175-179，1984)是最早的量子密钥分配协议，同时也是迄今为止最成熟和应用最广泛的量子密钥分配协议，该协议的理论安全性已经得到严格充分的证明。现有的BB84量子密钥分配系统根据编码方式不同主要可以分为两大类——偏振编码量子密钥分配系统和相位编码量子密钥分配系统。本发明主要针对偏振编码的量子密钥分配系统的。

在偏振编码的量子密钥分配系统中，将光子的偏振态作为信息载体进行编码，光子的四个偏振态被分成两组基，每组基中的两个偏振态分别相互正交。此处选取光子的四个线偏振态——水平偏振态|→>、竖直偏振态|↑>、右斜45度偏振态|>和左斜45度偏振态|>来进行说明，其中|→>和|↑>同属于水平竖直基+|，>和>同属于对角基×。当用水平竖直基测量水平偏振态或者竖直偏振态时，能获得确定性的测量结果，即用水平竖直基测量水平偏振态时，就可以确定性地判断出输入光子的偏振态是水平偏振态，用水平竖直基测量竖直偏振态时，就可以确定性地判断出输入光子的偏振态是竖直偏振态；类似地，当用对角基测量右斜45度偏振态或者左斜45度偏振态时，也能获得确定性的测量结果；但是，用水平竖直基测量右斜45度偏振态或者左斜45度偏振态时，获得的测量结果是不确定的，即用水平竖直基测量右斜45度偏振态和左斜45度偏振态时，会有50％的几率得到水平偏振态，50％的几率得到竖直偏振态，从而无法判定输入光子的偏振状态；类似地，用对角基测量水平偏振态或者竖直偏振态时，获得的测量结果也是不确定的。

典型的偏振编码的量子密钥分配系统如图1所示，通信双方分别称为Alice和Bob，发送方Alice制备一系列的波长为λ₀光子发送给接收方Bob，每个光子的偏振态独立随机地从四个偏振态——水平偏振态、竖直偏振态、右斜45度偏振态和左斜45度偏振态中独立随机地选取，这四个偏振态分属两组制备基——水平竖直基和对角基，接收方Bob收到光子后，独立随机地选取水平竖直基或者对角基两组测量基来测量Alice发送过来光子的偏振态，并记录下测量到光子的位置信息，然后通信双方对基，即仅保留基相同(Alice制备基和Bob测量基)并且Bob测量到光子位置的光子偏振态信息，再将保留的光子偏振态信息转换成相应的密钥比特信息，即将保留的光子偏振态按水平偏振态和右斜45度偏振态转换为比特“0”，竖直偏振态和左斜45度偏振态转换为比特“1”，最后经过纠错和保密放大等后处理过程，Alice和Bob之间就可以获得安全一致的密钥比特了。