[发明专利]可抵御实际攻击的连续变量量子密钥分发方法

说明书

本发明提供了一种可抵御实际攻击的连续变量量子密钥分发方法，包括：步骤A：进行连续变量量子信息传输；步骤B：包含预处理操作的数据后处理步骤，是指Bob根据峰谷值查找及高斯后选择获取原始密钥，并结合实时监控的本振光强评估获得准确参数评估，并最终进行数据后处理获取最终密钥；本发明无需改变传统高斯调制CVQKD硬件结构的基础上防御现有的所有针对高斯调制CVQKD系统的实际攻击，大大简化了防御实际攻击的实际成本，降低了系统复杂度。避免了传统防御方法对信号路的衰减，从而保证高斯调制CVQKD系统具有更高的输出密钥率，进一步消除了系统的潜在安全性漏洞，提高了系统的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及信息安全技术领域，具体地，涉及可抵御实际攻击的连续变量量子密钥分发方法。

背景技术

随着信息安全越来越受到关注，具有独特安全性的量子保密通信也逐渐被大家所熟悉。目前量子保密通信有两种实现方式，即基于离散变量技术及连续变量技术的量子保密通信，其中量子密钥分发(quantum key distribution,QKD)技术是研究重点。离散变量量子密钥分发(discrete-variable quantum key distribution,DVQKD)目前已经发展较为成熟，而连续变量量子密钥分发(continuous-variable quantum key distribution,CVQKD)出现相对较晚，但发展迅速，目前正在进行应用化的研究。和离散变量技术一样，连续变量QKD也具有无条件安全性。然而不论是离散变量还是连续变量技术，QKD系统在实际运行时的安全性问题还尚未解决。这是由于理论方案与实际QKD系统运行的差异导致的结果，即系统会由于自身模块或者软件算法在运行时的非理想性引入漏洞，从而导致系统的不安全性。目前已有的实际攻击包括本振光抖动攻击、标度攻击、波长攻击、特洛伊木马攻击、饱和攻击等，其中一类重要的攻击手段就是改变系统的散粒噪声方差的标度攻击。

CVQKD可以让分隔两地的通信双方，Alice和Bob，通过量子信道和经过认证的经典信道获得密钥。在高斯调制CVQKD协议中，Alice利用高斯调制将信息调制在光场的正则分量上，Bob可利用高效率的Homodyne或Heterodyne检测器提取密钥信息。而且连续变量技术具有和经典光通信较好的融合性。近年来，高斯调制CVQKD在理论分析和实验验证方面取得了明显进展。在实验上，如基于光纤的高斯调制相干态协议的QKD系统，已经成功实现了150公里的密钥分发。在理论方面，高斯调制CVQKD协议在有限长密钥情况下的无条件安全性也已经得到证明。

然而对于实际高斯调制CVQKD系统，不仅包括其运行的QKD协议，还包含其他各个维持系统运行的硬件上的子系统，如信源模块、检测模块，以及软件子系统，如相位补偿、同步算法等。实际的高斯调制CVQKD系统中的各个硬件及软件子系统、模块不可能是理论上的完善的，比如信号源可能会产生过噪声，调制器也会存在偏差，检测系统存在过噪声，算法存在偏差和漏洞等等。这些不完善或者忽略边带信道都可能被潜在窃听者Eve所利用，从而影响高斯调制CVQKD系统的整体安全性。例如，在理论安全性分析方案中，本振光都没有直接相关的考虑。然而在实际系统的安全性分析中，本振光强和系统散粒噪声方差具有直接关系，系统散粒噪声方差则是用于标定系统调制方差、系统过噪声等参量的关键参数。基于此项特性，各国研究者提出了针对本振光的波动攻击及散粒噪声方差标度攻击。为此研究者们提出了基于本振光强度监控方案，可以在通信之前先确定散粒噪声方差和本振光强的线性关系，从而根据本振光大小来判断散粒噪声方差。这种方法并没有实时获得散粒噪声方差，只是在密钥分发之前获得的关于本振光和散粒噪声方差的关系。