[发明专利]用于确定共享秘密密码密钥的方法、装置、计算机程序和数据载体

说明书

本公开涉及一种用于确定发送单元(1)和接收单元(2)之间共享的秘密密码密钥以进行安全通信的方法。该方法包括由发送单元获取随机比特序列，并且在发送单元(1)处经由通信信道(3)向接收单元(2)传输第一序列电磁脉冲(1.1)。由此，根据加密协议，第一序列电磁脉冲(1.1)中的每个电磁脉冲对应于随机比特序列的一个比特。该方法还包括确定通信信道(3)中由窃听者(4)引起的信号损耗，并基于所确定的信号损耗估计相对于窃听者(4)的信息优势。该方法还包括基于估计的信息优势执行隐私放大，以建立共享秘密密码密钥。

技术领域

本公开涉及一种用于确定发送单元和接收单元之间共享的秘密密码密钥以进行安全通信的方法、装置、计算机程序和数据载体。

背景技术

量子通信领域通过利用例如在海森堡的不确定性原理和不可克隆定理中显现的量子力学的特殊性质为发送方和接收方之间真正安全的信息交换提供了手段。例如，如果真正的量子态通过量子信道从发送方(Alice)传输到接收方(Bob)，则试图测量与所述量子态相关联的信号的小部分的窃听者(Eve)将只获取很少的信息，因为量子波动将在很大程度上支配窃听者可获取的小信号。因此，由窃听者执行的单次测量不能产生任何有意义的结果，并且发送者和接收者之间的通信可以被认为是完全安全的。

因此，各种量子密钥分发方案依赖于光学衰减器或表现出强光学非线性的高质量单光子源、高精度光子计数检测器以及极低损耗传输线，以确保能够以最小的固有损耗生成和传输表现出大的量子波动的量子态。

然而，除了所需量子硬件的复杂性之外，现有技术的光子检测器所允许的低密钥交换速率以及由于耗散和退相干导致的量子通信的有限范围严重限制了这些方案的实际适用性。此外，量子通信中的一些后门，例如通过故意攻击敏感性硬件组件，并且从而创建信息泄露的侧信道，已经被发现，并带来严重的安全风险。

发明内容

本公开的目的是克服这些限制，并提供一种用于确定和分发秘密密码密钥从而使得能够以高密钥交换速率进行安全通信的简单且实用的方法、装置、计算机程序和数据载体。

这个目的通过在权利要求1、11、14和15中阐述的方法、装置、计算机程序和数据载体来实现。从属权利要求中描述了有利的改进和实施例。

本公开涉及一种用于确定发送单元和接收单元之间共享的秘密密码密钥以进行安全通信的方法。该方法包括以下步骤：

第一步骤包括由发送单元获取随机比特序列。

第二步骤包括在发送单元处经由通信信道向接收单元传输第一序列电磁脉冲。由此，根据加密协议，第一序列电磁脉冲中的每个电磁脉冲对应于随机比特序列中的一个比特。

第三步骤包括在接收单元处接收对应于所传输的第一序列电磁脉冲的第二序列电磁脉冲，并基于加密协议解密第二序列电磁脉冲。

第四步骤包括基于所接收的第二序列电磁脉冲应用信息协调(informationreconciliation)，以建立共享比特序列。

第五步骤包括确定通信信道中由窃听者引起的信号损耗。

第六步骤包括基于所确定的信号损耗估计相对于窃听者的信息优势。

第七步骤包括基于共享比特序列和估计的信息优势执行隐私放大，以建立共享秘密密码密钥。

利用所提出的方法，可以在发送单元和接收单元之间以高水平的安全性和效率来确定和分发秘密密码密钥。所提出的方案可以允许利用量子波动，而不需要采用强衰减器、单光子源和/或单光子检测器。特别地，通过根据加密协议将随机比特序列编码/加密成第一序列电磁脉冲，可以实现特别具有鲁棒性且灵活的编码方案。由此，第一序列电磁脉冲可以在有损通信信道上传输，同时即使在存在耗散和去相干的情况下，也能确保在接收侧处的鲁棒性检测和可靠解码/解密。