[发明专利]一种基于最优偏置的门限检测的连续变量量子密钥分发协议的安全性分析方法

说明书

本发明公开了一种基于最优偏置的门限检测的连续变量量子密钥分发协议的安全性分析方法。步骤1：在CV‑QKD协议中，Alice根据随机比特串调制并发送相干态信号；步骤2：Bob使用基于门限检测的Kennedy接收器进行信号检测，Eve采用分束攻击的方法获取关于发送信号的信息；步骤3：Bob对偏置探测器的偏置值进行优化；步骤4：对不同的信道传输效率，进一步优化发送的相干态信号幅度值以使合法双方的互信息量最大；步骤5：基于最优偏置值与发送相干态信号幅值，采用后选择方法，Bob只保留令自己的信息量大于窃听方的测量结果，并对不同的信道传输效率条件分别计算安全密钥速率。本发明在实际的热噪声环境下，进一步提高了CV‑QKD系统的安全密钥速率。

技术领域

本发明属于的技术领域；具体涉及一种基于最优偏置的门限检测的连续变量量子密钥分发协议的安全性分析方法。

背景技术

当今社会，信息化程度不断提高，通信安全在互联网、电子商务特别是军事领域都是很重要的问题。研究表明，量子通信由于物理系统具有的相干性、非局域性、量子纠缠等量子特性而在信息安全方面展现出很大的优势。量子密钥分发(Quantum KeyDistribution, QKD)利用非正交单量子态的不可克隆性来完成密钥的安全分发，进而实现经典信息的安全传输，作为量子通信的重要研究方向受到广泛关注。

与离散变量量子密钥分发(Discrete Variable Quantum Key Distribution,DV-QKD)相比， CV-QKD具有生成密钥速率快，与现有光通信系统兼容性好的特点。在QKD协议的后处理过程中，通信双方需要从关联变量中提取密钥。连续变量协议的后处理过程更复杂并且对数据要求更高，成为了限制了密钥分发距离的主要因素。在连续变量协议中采用离散调制(Discrete Modulation，DM)方案可以提高通信距离，把连续变量协议中的相干态信号调制到离散的星座点上，简化调制方案的同时降低了密钥提取过程的复杂度。此外，早期CV-QKD协议存在“3dB极限”问题，即保证密钥分发系统安全性要求量子信道的传输效率大于50％。在信道接收端采用后选择(Post-selection,PS)方案可以克服“3dB极限”。因此结合后选择方案对基于离散调制的CV-QKD系统进行安全性分析是具有实际意义的。

最近几年，有研究表明，基于门限检测的广义Kennedy接收器在分辨二进制调制量子态时可以打破经典探测器给出的标准量子极限(Standard Quantum Limit,SQL)，采用量子探测器可以达到比经典探测器更低的误码率。

发明内容

本申请公开了一种基于最优偏置的门限检测的连续变量量子密钥分发协议的安全性分析方法，在实际的热噪声环境下，结合基于最优偏置的门限检测(OptimallyDisplaced Threshold Detection,ODTD)与后选择方案，降低检测的错误率，进一步提高CV-QKD系统的安全密钥速率。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于最优偏置的门限检测的连续变量量子密钥分发协议的安全性分析方法，所述安全性分析方法包括以下步骤：

步骤1：在CV-QKD协议中，发送方Alice根据随机比特串调制并发送相干态信号；

步骤2：合法接收方Bob使用基于门限检测的广义Kennedy接收器进行信号检测，窃听方Eve采用分束攻击的方法获取关于发送信号的信息；

步骤3：基于步骤2，接收方Bob对偏置探测器的偏置值进行优化；

步骤4：基于步骤3，对不同的信道传输效率，进一步优化发送的相干态信号幅度值以使合法双方的互信息量最大；

步骤5：基于步骤3、4得到的最优偏置值与发送相干态信号幅值，采用后选择方法，合法接收方Bob只保留令自己的信息量大于窃听方的测量结果，并对不同的信道传输效率条件分别计算安全密钥速率。