針對六態(tài)QKD協(xié)議在非平衡選基條件下的協(xié)議效率以及最終的安全密鑰率進行了研究。基于Renner提出的協(xié)議安全性證明理論分析了六態(tài)QKD協(xié)議非平衡選基的過程,推導(dǎo)出在非平衡選基條件下協(xié)議的最終安全密鑰率公式,得出了兩種選基概率對有效密鑰率的影響。在此基礎(chǔ)上,給出了非平衡選基六態(tài)QKD協(xié)議效率和最終的安全密鑰率。所獲得的分析結(jié)果可以有效提高協(xié)議的最終成碼率,并可以直接應(yīng)用在實際量子密碼系統(tǒng)中。 

【文章來源】：信息工程大學(xué)學(xué)報. 2015,16(06)

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

量子密鑰分配流程圖

1，λ2，λ3，λ4和誤碼率e之間的關(guān)系。在六態(tài)協(xié)議中，不妨假定3組基下的誤碼率均為e，則可以得到λ2+λ3=λ2+λ4=λ3+λ4=e，且λ1+λ2+λ3+λ4=1。從而不同系數(shù)應(yīng)滿足以下關(guān)系:λ1=1－3e2，λ2=λ3=λ4=e2，其中，e為誤碼率�？梢缘玫�:Ｒ≥P02+P12+(1－P0－P1[)]2[·1－(1－e)h(1－3e21－e)－eh(12)－h(huán)(1－e])。通過Matlab進行計算，可以得到最終的有效密鑰率Ｒ與誤碼率e的關(guān)系如圖2所示，圖中橫軸表示誤碼率e，縱軸表示最終有效密鑰率Ｒ。圖2中短虛線表示當(dāng)發(fā)送方Alice選擇X基和Z基的概率都為0．2時，最終的有效密鑰率Ｒ與誤碼率e的關(guān)系。當(dāng)誤碼率達到最大值0．126時，密鑰率公式取值為0，無法得到安全的密鑰。當(dāng)誤碼率最小為0時，利用非平衡選基最終得到的有效密鑰率最大為0．44，大于平衡選基情況下的密鑰率1/3。圖2最終有效密鑰率Ｒ與誤碼率e的關(guān)系對比圖2中長虛線表示當(dāng)發(fā)送方Alice選擇X基和Z基的概率都為0．4時，最終的有效密鑰率Ｒ與誤碼率e的關(guān)系。當(dāng)誤碼率達到最大值0．126時，密鑰率公式取值為0，最終的有效密鑰率為0，當(dāng)誤碼率最小為0時，最終的有效密鑰率最大為0．36，大于平衡選基情況下的密鑰率1/3。通過上述對六態(tài)協(xié)議的分析可以知道，發(fā)送方Alice和接收方Bob，在平衡選基的時候，即收發(fā)雙發(fā)選擇X基和Z基的概率都為1/3時，對基成功的概率為1/3，當(dāng)誤碼率為0時，最終的有效密鑰率最大為1/3，在非平衡選基的情況下，對基成功的概率為P=P02+P12+(1－P0－P1)2，當(dāng)誤碼率為0時，最終的有效密鑰率就是對基成功的概率。3結(jié)束語在原始的量子密鑰?

658信息工程大學(xué)學(xué)報2015年圖1量子密鑰分配流程圖為25%，而六態(tài)協(xié)議的截取重發(fā)攻擊引入的誤碼率為1/3。因此，相比較于BB84協(xié)議，六態(tài)協(xié)議中竊聽者的攻擊會引入更多的誤碼。作為量子通信中的基礎(chǔ)性協(xié)議，BB84協(xié)議對量子通信有著重要意義與作用，而針對BB84協(xié)議的研究也很多，如協(xié)議的安全性分析和協(xié)議的效率分析等［5-6］，對BB84協(xié)議在通信中的應(yīng)用起到了促進作用，使得協(xié)議的使用更加完善。但是，原始BB84協(xié)議的對基效率只有50%，有一半的測量結(jié)果在對基過程中被丟棄，進而影響協(xié)議的效率。為了提高協(xié)議的密鑰生成率，非平衡選基BB84協(xié)議［7］有效降低了對基過程中的密鑰損耗，從而有效地提高了協(xié)議的匹配測量效率及最終安全密鑰率。六態(tài)協(xié)議作為量子密鑰分配的一種分配方案，其經(jīng)典量子密鑰分配過程與BB84協(xié)議量子密鑰分配過程相似，不同之處在于量子態(tài)制備方面，六態(tài)協(xié)議的量子態(tài)制備與BB84協(xié)議的量子態(tài)制備不同，在六態(tài)協(xié)議量子態(tài)制備中，發(fā)送方Alice需要制備3組正交基下6種不同形式的量子態(tài):Z:|0〉，|1〉;X:|0〉=(|0〉+|1〉)槡2，|1〉=(|0〉－|1〉)槡2;Y:|0〉=(|0〉+i|1〉)槡2，|1〉=(|0〉－i|1〉)槡2，其中，Z基、X基、Y基是3組相互不正交的基，接收方Bob收到發(fā)送方發(fā)來的信號后，用Z基、X基、Y基中的一個進行測量，只有發(fā)送方Alice發(fā)送的基和接收方Bob測量的基相匹配時，才會得到正確的信息，否則無法得到正確的信息。在BB84協(xié)議中，發(fā)送方只需要制備Z基和X基下4種不同的量子態(tài)，而接收方需要隨機選擇Z基和X基進行測量，雙方對基成功的概率為0．5。從六態(tài)協(xié)議的協(xié)議過程可知，協(xié)議對基成功的效率只有1/3，相應(yīng)地會有2/3的測量結(jié)果被丟棄，同樣影響協(xié)議的效率。非平衡選基的出

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Security of biased BB84 quantum key distribution with finite resource[J]. 趙良圓,李宏偉,銀振強,陳巍,尤娟,韓正甫.  Chinese Physics B. 2014(10)
[2]量子密碼安全性研究[J]. 李宏偉,陳巍,黃靖正,姚堯,劉東,李芳毅,王雙,銀振強,何德勇,周政,李玉虎,俞能海,韓正甫.  中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2012(11)



本文編號：3275784