《量子密鑰分發系統的實際安全性研究》是依託中國科學技術大學，由銀振強擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：量子密鑰分發系統的實際安全性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：銀振強
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
量子保密通信是目前量子信息研究領域中已經能夠走向實用化的重要研究內容，因而受到了國內外學術界的廣泛關注。量子保密通信的核心內容就是量子密鑰分發。目前，量子密鑰分發協定的原理安全性已經得到嚴格的理論證明。然而，實際的量子密鑰分發系統必然存在各種缺陷。這些缺陷可能導致實際的量子密鑰分發系統存在可能被竊聽者利用的漏洞。例如，安全證明要求實際量子密鑰分發統必須能夠精確的製備某個量子態，然而實際系統製備的量子態可能存在各種偏差。課題組計畫從理論和實驗兩個方面研究目前實際量子密鑰分發系統可能存在的各種缺陷，包括元器件的非完美性，編碼方案可能存在的缺陷等。通過對這些缺陷定量化的分析，進而提出竊聽者可能的攻擊方案。通過對攻擊方案的分析，最終給出相應的解決方案，提高實際量子密鑰分系統的安全性。通過這一課題，基本理清實際量子密鑰分發系統的可能安全性漏洞，大大提高實際系統的安全級別。
結題摘要
QKD的主流協定是BB84協定，該協定已經得到了嚴格的安全性證明。然而，實際的BB84量子密鑰分發系統受到實際物理器件的限制，它不可能完美的執行BB84協定。也就是說，雖然BB84理想協定的安全性本身可以被嚴格的證明，但是實際的BB84系統卻不一定是安全的。那么解決實際QKD系統的安全問題，得到更加安全的QKD系統就成為是目前國內外學術界非常關注的問題。目前主要有兩個途徑來解決這一問題： （1）.尋找實際系統中的漏洞：尋找量子密碼實際系統中各種器件的非理想特性及其漏洞。研究基於這些漏洞的攻擊方法，以及克服這些攻擊的方法。 （2）.設計更安全的QKD協定：傳統的QKD協定（BB84）的安全性較多的依賴於器件的細節特性。如果能設計安全性對器件物理特性依賴較少的QKD協定，那么就可以增強實際QKD系統的安全性。 課題組沿著上述兩條研究路徑展開了研究工作。1.課題組分析了強度調製器的有限消光比對QKD系統安全性的影響，並定量的給出了有限消光比對安全性的影響，以及此時的安全碼率公式。2.課題組深入分析了光纖分束器的透射反射率之比會依賴於入射光波長這一物理特性。基於這一物理特性，我們設計了針對基於Heterodyne和Homodyne兩種測量方式的連續變數量子密碼系統的攻擊方案；證明了在理論上這兩種類型的連續變數QKD系統都可能被課題組設計的攻擊攻破；同時也給出了反制該攻擊的方法。3.課題組研究了BB84協定在不可信測量裝置下的安全性。傳統的BB84協定假設Bob方的測量是一組理想的投影測量，但是在實際情況下，Bob方的測量可能會受到竊聽者的干擾，不再是理想的投影測量。基於糾纏提純方法，課題組給出了測量裝置完全不可信時BB84協定的安全密鑰率公式。4.課題組提出了兩種不同的方法，這些方法使得測量設備無關量子密碼協定的安全性可以進一步增強，即不依賴於Qubit光源的編碼誤差。在我們設計的協定中，Qubit光源發生任何編碼錯誤都不會導致系統不安全。在此基礎上，課題組還設計了基於不可信Qubit編碼和不可信投影測量的BB84協定。通過仿真，課題組證明了這些協定在有損信道中是切實可行的。 以上研究成果均發表在國際主流學術期刊上。在本課題的研究中，課題組共發表SCI論文21篇。
