[发明专利]基于BB84协议的量子密钥分发窃听判别方法

摘要

本发明公开了一种基于BB84协议的量子密钥分发窃听判别方法，主要解决由非理想器件和不完善的实验条件所产生的量子加密中的安全性的问题。其技术方案是根据发送脉冲中光子数服从的泊松分布，在窃听者截获一部分光子后，其重发光子数所满足的泊松分布或者正态分布，判断接收脉冲序列中光子数的整体概率分布状况；根据光子数的整体概率分布，判断接收到信息误差的来源：若光子数的整体概率分布被破坏，则判定信息误差是来自于窃听攻击，合法参与者认为本次通信不安全，取消通信；否则，认为信息误差来自于非理想信道，合法参与者通过调整非理想信道的参数，以降低信息的误差。本发明提高了量子密钥分发的效率和安全性，可用于BB84协议。

主权项

1.基于BB84协议的量子密钥分发窃听判别方法，包括：(1)根据BB84协议中的平均光子数参数，定义光子数分布的泊松公式，即其中，μ是发送脉冲中的光子数，η是不同信道条件下的传输效率，η≤1，μη是经信道损失后脉冲中的平均光子数，k是脉冲中的平均光子数，P1[k]是脉冲中光子数经信道损失后的概率，k！是k的阶乘，e是自然指数；(2)根据设窃听者截取一部分光子后，其重发光子数所满足的分布状态，判断得到接收脉冲序列中光子数的整体概率分布状况：若设窃听者截取一部分光子后，其重发光子数满足泊松分布，则在这种情况下窃听者要想把伪造的光子脉冲重新发送到合法的初始脉冲序列中，使重发后的光子概率分布和初始光子数的概率分布相同，由于窃听者无法实现截取重发的光子数和原来这部分光子数所在的位置一致，导致光子数的整体概率分布不再满足式<1>，判定光子数的整体概率分布被破坏；若设窃听者截取一部分光子后，其重发光子数满足正态分布，利用光子数的整体概率分布趋向于由合法光子数和每个脉冲中固定的光子数决定，当窃听者截取一部分光子后，会导致光子数的整体概率分布产生明显的变化，结合式<5>，仿真在窃听者截取重发的情形下光子数的整体概率分布，判定接收脉冲序列中光子数的整体概率分布被破坏；当窃听者的重发光子数满足正态分布：则执行步骤(3)，其中f(x)是光子数的概率密度，e是自然指数，μ是均值或者分布的期望，σ是标准方差，σ2是方差,‑∞＜x＜+∞；(3)进行如下分析判定：3a)根据μ＝0，σ＝1，结合式<2>得到标准正态分布：3b)根据泊松分布中光子数的值，结合式<3>，得到光子数的离散概率分布，即其中，k的值是0.1,0.2,0.3,…，P3[k]是脉冲中光子数的概率；3c)根据来自窃听者与合法参与者的不同比例的光子数，结合式<1>、<3>和<4>，得到接收脉冲中光子数的概率分布为其中α，β分别是来自于合法参与者和窃听者的光子数的比例，α,β≥0且α+β＝1，f(k)是脉冲中光子数的概率，k是每个脉冲中的平均光子数，m！是m的阶乘；3d)根据BB84协议，得到微弱的非相干光的每个脉冲中的单光子数接近0.1，结合式<1>，则设μ≥0.1；3e)根据μ＝0.1，结合式<5>，仿真窃听者和合法者的不同比例的光子数的概率分布，利用光子数的整体概率分布趋向于由合法光子数和每个脉冲中固定的光子数决定，当伪造光子数超过总体光子数的25％时，可得知光子数的整体概率分布明显地被破坏，由此判定接收脉冲序列中光子数的整体概率分布被破坏；(4)根据光子数的整体概率分布，判断接收到信息误差的来源：若光子数的整体概率分布被破坏，则判定信息误差是来自于窃听攻击，合法参与者认为本次通信不安全，取消通信；否则，认为信息误差来自于非理想信道，合法参与者通过调整非理想信道的参数，以降低信息的误差。