[发明专利]用于量子密钥分发的具有增强的安全性和减少的信任要求的装置和方法

说明书

一种被修改为接受附加定制参数的用于在发射器(100)和接收机(200)之间安全地交换加密密钥的QKD系统。所述QKD系统由能够实现形成协议系列的多个QKD协议的QKD发射机(120)和QKD接收机(220)组成。通过量子信道(500)连接的QKD发射机(120)和接收机(220)由适于产生和检测量子比特流的光学组件和电子组件组成。在量子信道(500)上交换的量子比特(520)被分组成由至少一个量子比特组成的块(510)并且其长度为Li(511)。对于每个量子比特(520)的块(510)，使用从可以使用发射器(100)和发射机(200)实现的协议系列中选择的QKD协议(530)中的一个。

技术领域

本发明总体上涉及量子密钥分发领域，并且更确切地涉及增强量子密钥分发(QKD)系统的安全性的装置和方法。

背景技术

量子密码术或量子密钥分发(QKD)的主要目标是能够在发射器和接收机之间共享其隐私可以用有限的假设集合来证明的比特序列。

如果两个用户拥有共享随机秘密信息(以下称为“密钥”)，则它们可以利用可证明的安全性实现密码术的目标的中的两个目标：1)使他们的消息对窃听者不可理解和2)区分合法消息与伪造或改变的消息。一次性填充(pad)加密算法实现了第一个目标，而Wegman-Carter认证实现了第二个目标。不幸的是，这两种加密方案都消耗了密钥材料并且使它不适合进一步使用。因此，希望保护它们与这些加密技术中的任一者或两者交换的消息的双方有必要设计一种交换新密钥材料的方式。第一种可能性是一方生成密钥并在将其传递给第二方之前将其刻写在物理介质(磁盘、CD-ROM、rom)上。这种方法的问题是密钥的安全性取决于它是否已经在其从其生成到其使用直到其被最终丢弃的整个生命周期内受到保护的事实。此外，这是不切实际和非常乏味的。

由于这些困难，在许多应用中，人们反而采取纯数学方法，其允许双方在不安全的通信信道上商定共享秘密。不幸的是，所有这种用于密钥协商的数学方法都基于未经证实的假设，例如大整数因子分解的困难。因此，它们的安全性仅仅是有条件和有问题的。未来的数学发展可能证明他们完全不安全。

量子密码术或量子密钥分发(QKD)是允许在两个远程方(发射器和接收机)之间以可证明的安全性分发秘密密钥的方法。该方法的解释可以在Nicolas Gisin、GrégoireRibordy、Wolfgang Tittel、和Hugo Zbinden的“Quantum Cryptography”，Rev.ofMod.Rev.of Mod.Phys.74，(2002)中找到，其内容对本领域技术人员应该是已知的。双方在基本的量子系统上对密钥(诸如光子，他们通过量子信道(诸如光纤)进行交换)进行编码。该方法的安全性来自公知的事实：未知的量子系统的量子状态的测量修改系统本身。换言之，在不将错误引入发射器和接收机之间交换的密钥中的情况下，在量子通信信道上窃听的间谍不能获得关于密钥的信息。等价地，QKD是安全的，因为量子力学的不可克隆原理，其保证了间谍不能复制传送的量子系统并且将完美的副本转发给接收机。

·原则

存在若干QKD协议。这些协议描述了两个部分：

1-如何使用量子状态的集合在量子系统上对比特值进行编码以及

2-发射器和接收机如何协作以根据量子比特的测量产生秘密密钥。

这些协议中的最常用的协议(其还是被发明的第一个协议)已知为由CharlesBennett和Gilles Brassard在Proceedings IEEE Int.Conf.on Computers，Systems andSignal Processing，Bangalore，India(IEEE，New York，1984)，pp.175-179)中公开的Bennett-Brassard 84协议(BB84)，其内容对本领域技术人员也应该是已知的。本示例可以用于说明以上引用的两个部分。