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量子BB84协议在联合旋转噪音信道上的安全性分析

李剑 陈彦桦 潘泽世 孙风琪 李娜 黎雷蕾

量子BB84协议在联合旋转噪音信道上的安全性分析

李剑, 陈彦桦, 潘泽世, 孙风琪, 李娜, 黎雷蕾
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  • 多数在理想条件下设计的量子密码协议没有考虑实际通信中噪音的影响, 可能造成机密信息不能被准确传输, 或可能存在窃听隐藏在噪音中的风险, 因此分析噪音条件下量子密码协议的安全性具有重要的意义. 为了分析量子BB84协议在联合旋转噪音信道上的安全性, 本文采用粒子偏转模型, 对量子信道中的联合噪音进行建模, 定量地区分量子信道中噪音和窃听干扰; 并且采用冯诺依曼熵理论建立窃听者能窃取的信息量与量子比特误码率、噪音水平三者之间的函数关系, 定量地分析噪音条件下量子信道的安全性; 最后根据联合噪音模型及窃听者能窃取的信息量与量子比特误码率、噪音水平三者之间的关系, 定量地分析了量子BB84协议在联合噪音条件下的安全性并计算噪音临界点. 通过分析可知, 在已有噪音水平条件下, 窃听者最多能够从通信双方窃取25%的密钥, 但是Eve 的窃听行为会被检测出来, 这样Alice和Bob会放弃当前协商的密钥, 重新进行密钥协商, 直至确认没有Eve的窃听为止. 这个结果说明量子BB84协议在联合旋转噪音信道下的通信是安全的.
      通信作者: 陈彦桦, cyanhua2010@bupt.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61472048, 61402058, 61370194)、北京自然科学基金(批准号: 4152038)和中国博士后科学基金(批准号: 2014 M561826)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-09-21
  • 修回日期:  2015-10-20
  • 刊出日期:  2016-02-05

量子BB84协议在联合旋转噪音信道上的安全性分析

  • 1. 北京邮电大学计算机学院, 北京 100876;
  • 2. 中国科学技术大学, 合肥微尺度物质科学国家实验室, 合肥 230026;
  • 3. 通信安全科学与技术重点实验室, 成都 610041
  • 通信作者: 陈彦桦, cyanhua2010@bupt.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 61472048, 61402058, 61370194)、北京自然科学基金(批准号: 4152038)和中国博士后科学基金(批准号: 2014 M561826)资助的课题.

摘要: 多数在理想条件下设计的量子密码协议没有考虑实际通信中噪音的影响, 可能造成机密信息不能被准确传输, 或可能存在窃听隐藏在噪音中的风险, 因此分析噪音条件下量子密码协议的安全性具有重要的意义. 为了分析量子BB84协议在联合旋转噪音信道上的安全性, 本文采用粒子偏转模型, 对量子信道中的联合噪音进行建模, 定量地区分量子信道中噪音和窃听干扰; 并且采用冯诺依曼熵理论建立窃听者能窃取的信息量与量子比特误码率、噪音水平三者之间的函数关系, 定量地分析噪音条件下量子信道的安全性; 最后根据联合噪音模型及窃听者能窃取的信息量与量子比特误码率、噪音水平三者之间的关系, 定量地分析了量子BB84协议在联合噪音条件下的安全性并计算噪音临界点. 通过分析可知, 在已有噪音水平条件下, 窃听者最多能够从通信双方窃取25%的密钥, 但是Eve 的窃听行为会被检测出来, 这样Alice和Bob会放弃当前协商的密钥, 重新进行密钥协商, 直至确认没有Eve的窃听为止. 这个结果说明量子BB84协议在联合旋转噪音信道下的通信是安全的.

English Abstract

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