[发明专利]仿真实现艾科特量子密钥分配协议的方法

摘要

仿真实现艾科特量子密钥分配协议的方法涉及在经典计算机仿真实现基于纠缠特性的Ekert(艾科特)量子密钥分配协议过程，该仿真方法分为六部分，它们分别是：纠缠态制备，Alice测量和记录，Eve测量和记录，Bob测量和记录，相关项量S的计算，密钥处理；以便加深Ekert协议理解，也为验证各种类似的量子密钥分配协议提供一种仿真手段，降低相关实验所需的资源耗费，加快证实新型量子密钥分配协议的可行性。

主权项

1.一种仿真实现艾科特量子密钥分配协议的方法，其特征在于该仿真方法分为六部分，它们分别是：纠缠态的制备，Alice的测量和记录，Eve测量和记录，Bob的测量和记录，相关项S量的计算，密钥处理；其具体仿真步骤为：第一步：纠缠态的制备：仿真中量子态将采用将其转化为经典比特所用的映射关系来表示，即在所用的极化基下测量，量子偏振态为“”表示比特1，量子偏振态为“□”则表示比特0；为了形象地描述量子的纠缠态，每一对处于纠缠态的量子将用图形来表示，同时假设两粒子处于相同状态的最大纠缠态|ψ>=12(|0>|0>+|1>|1>);]]>第二步：Alice的测量和记录：在制备好纠缠态后，处于纠缠态的两个粒子分别传向信道上的合法用户Alice和Bob飞去，Alice在接收到粒子后，随机选择极化基进行测量，并记录结果，仿真时，使用随机数产生器，随机产生口和序列赋给Alice，Alice选择好极化基后，对每个接收粒子进行测量，测量结果对应到经典比特为0和1的随机序列；第三步：Eve测量和记录：以截取/重发攻击策略为例说明Eve的干扰，Eve截取这些粒子，根据自己选择的极化基对这些粒子进行测量，然后根据测量结果产生相应粒子偏振态发送给Bob，以达到窃听的目的，仿真时，当EPR源是同向纠缠，将Alice的□和序列赋给Eve，否则将该随机序列取反后赋给Eve，Eve接收到这些粒子后，随机选取极化基进行测量，当她对接收到的粒子进行测量时，将与Alice不相同的概率得到0和1的序列，且极化基不同，Eve根据测量结果产生新的极化粒子，并把这些粒子发送给Bob；第四步：Bob的测量和记录：Bob接收到粒子以后，和Alice、Eve一样，也要随机选择自己的极化基进行测量，仿真时，如果存在Eve，将Eve产生的粒子极化态赋给Bob；如果Eve不存在，将Alice产生的粒子极化态赋给Bob，Bob的极化基沿着Z轴旋转的角度分别为：φ1b=0,]]>φ2b=-π8,]]>φ3b=π8,]]>此时，Bob选择的极化基中第一个和第三个和Alice是相同的，而第二个极化基和Alice不同，Bob用不同的极化基对每个粒子测量过程中，也是以一定概率得到0和1比特串，完成Bob的测量和记录结果；第五步：相关项量S的计算：公开测量极化基时，Alice和Bob将测量结果分为两部分，第一部分双方用了不同的极化基，第二部分双方用了相同的极化基；第一部分用于量S的计算，而第二部分用于产生密钥，根据公式S=E(φ1a,φ3b)+E(φ1a,φ2b)+E(φ2a,φ3b)-E(φ2a,φ2b),]]>Alice和Bob对比极化基后，选择极化基：(φ₁^a，φ₃^b)，(φ₁^a，φ₂^b)，(φ₂^a，φ₂^b)，(φ₂^a，φ₃^b)用来计算量S，剩下的极化粒子对中，双方用相同的极化基进行测量，可转化为密钥，量S的计算将由四个部分组成，因此如果在一次密钥分配过程中，量E(φ₁^a，φ₃^b)，E(φ₁^a，φ₂^b)，E(φ₂^a，φ₂^b)，E(φ₂^a，φ₃^b)中有任何一个不出现，就认为不够条件计算量S，将撤销此次密钥分配，量S的四部分E₁₂，E₁₃，E₂₂，E₂₃可按公式E(φia,φjb)=P++(φia,φjb)+P_((φia,φjb)-P+_((φia,φjb)-P_+((φia,φjb))]]>分别进行计算；第六步：密钥处理：在不存在窃听时，根据量子力学要求E(φia,φjb)=-cos[2(φia-φjb)],]]>计算出量S的值应该为|S|=22,]]>这个值就是判断是否存在窃听的标准，如果2<|S|<22,]]>则表示密钥分配过程存在窃听，不能直接提获安全的密钥，必须通过纠缠纯化等手段才能获得安全的密钥。