基于单光子的单向量子安全通信协议

权东晓; 裴昌幸; 刘丹; 赵楠

doi:10.7498/aps.59.2493

摘要

提出了基于单光子的单向量子安全通信方案.发送方在对信息序列进行编码操作之前首先将其和随机序列进行异或操作并插入校验序列.接收方收到光子后对其进行延迟，此后发送方公布编码基从而使接收方在正确的基下进行测量.接着双方通过校验序列判断信道的安全性，如果信道安全，则发送方公布接收方有测量结果的位置所对应的随机序列，接收方由此恢复出信息序列；如果信道不安全，窃听者所获得的只是随机的发送序列，信息序列仍然是安全的.此协议与双向通信协议相比具有传输效率高、易于实现等优点.

关键词:

Abstract

One-way deterministic secure quantum communication protocol based on single photons is proposed in this paper, in which the XOR operation by bits of the information sequence and random sequence is performed and the checking sequence is inserted before the sender’s coding operation. When the photons arrive at the receiver, they are delayed at the receiver, and the sender then publishes the coding basis, so the photons can be measured in the correct basis. Then the two parties estimate the security of the quantum channel by the checking bits. When the channel is secure the sender publishes the random bits where the receiver has results, and the information sequence can be recovered by the receiver. Even the channel is not secure, what the eavesdropper gets is the random sending sequence, the information sequence is still secure. This protocol has the advantages of higher transmission efficiency and easier implementation compared with the two-way communication.

Keywords:

quantum cryptography /
deterministic secure quantum communication /
single photons /
one-way communication

作者及机构信息

1.
西安电子科技大学综合业务网理论及关键技术国家重点实验室,西安 710071

基金项目: 国家自然科学基金（批准号：60572147, 60672119）、高等学校学科创新引智计划（批准号：B08038）和国家重点实验室专项基金（批准号：ISN02080002, ISN090307）资助的课题.

Authors and contacts

1.
西安电子科技大学综合业务网理论及关键技术国家重点实验室,西安 710071

参考文献

[1]	［1］Bennett C H, Brassard G 1984 Proceedings of the IEEE International Conference on Computers, Systems, and Signal Processing Bangalore, India, December,1984 p175
[2]	［2］Ekert A K 1991 Phys. Rev. Lett. 67 661
[3]	［3］Long G L, Liu X S 2002 Phys. Rev. A 65 032302
[4]	［4］Deng F G, Long G L 2003 Phys. Rev. A 68 042315
[5]	［5］Deng F G, Long G L, Wang Y, Xiao L 2004 Chin. Phys. Lett. 21 2097
[6]	［6］Wang X B 2005 Phys. Rev. A 72 012322
[7]	［7］He G Q, Yi Z, Zhu J, Zeng G H 2007 Acta Phys. Sin. 56 6427 (in Chinese) ［何广强、易智、朱骏、曾贵华 2007 物理学报 56 6427］
[8]	［8］Zhao Y B, Heid M, Rigas J, Lütkenhaus N 2009 Phys. Rev. A 79 012307
[9]	［9］Hillery M, Buzek V, Berthiaume A 1999 Phys. Rev. A 59 1829
[10]	］Karlsson A, Koashi M, Imoto N 1999 Phys. Rev. A 59 162
[11]	］Bogdanski J, Rafiei N, Bourennane M 2008 Phys. Rev. A 78 062307
[12]	］Bostrom K, Felbinger T 2002 Phys. Rev. Lett. 89 187902
[13]	］Deng F G, Long G L, Liu X S 2003 Phys. Rev. A 68 042317
[14]	］Deng F G, Long G L 2004 Phys. Rev. A 69 052319
[15]	］Wang C, Deng F G, Li Y S 2005 Phys. Rev. A 71 044305
[16]	］Zhu A D, Xia Y, Fan Q B, Zhang S 2006 Phys. Rev. A 73 022338
[17]	］Li X H, Deng F G, Zhou H Y 2006 Phys. Rev. A 74 054302
[18]	］Wang J, Zhang Q, Tang C J 2006 Phys. Lett. A 358 256
[19]	］Wang J, Chen H Q, Zhang Q, Tang C J 2007 Acta Phys. Sin. 56 673 (in Chinese) ［王剑、陈皇卿、张权、唐朝京 2007 物理学报 56 673］
[20]	］Lin S, Wen Q Y, Gao F, Zhu F C 2008 Phys. Rev. A 78 064304
[21]	］Wang M J, Pan W 2008 Chin. Phys. Lett. 25 3860
[22]	］Long G L, Deng F G, Wang C 2007 Front. Phys. China 2 251
[23]	］Bennett C H, Wiesner S J 1992 Phys. Rev. Lett. 69 2881
[24]	］Wojcik A 2003 Phys. Rev. Lett. 90 157901
[25]	］Cai Q Y 2003 Phys. Rev. Lett. 91 109801
[26]	］Beige A, Englert B G, Kurtsiefer C, Weinfurter H 2002 Acta Phys. Pol. A 101 357
[27]	］Gao T, Yan F L, Wang Z X 2005 J. Phys. A 38 5761
[28]	］Man Z X, Zhang Z J, Li Y 2005 Chin. Phys. Lett. 22 18
[29]	］Li X H, Deng F G, Li C Y, Liang Y J, Zhou P, Zhou H Y 2006 J. Korean Phys. Soc. 49 1354
[30]	］Cai Q Y 2006 Phys. Lett. A 351 23

施引文献

[1]	［1］Bennett C H, Brassard G 1984 Proceedings of the IEEE International Conference on Computers, Systems, and Signal Processing Bangalore, India, December,1984 p175
[2]	［2］Ekert A K 1991 Phys. Rev. Lett. 67 661
[3]	［3］Long G L, Liu X S 2002 Phys. Rev. A 65 032302
[4]	［4］Deng F G, Long G L 2003 Phys. Rev. A 68 042315
[5]	［5］Deng F G, Long G L, Wang Y, Xiao L 2004 Chin. Phys. Lett. 21 2097
[6]	［6］Wang X B 2005 Phys. Rev. A 72 012322
[7]	［7］He G Q, Yi Z, Zhu J, Zeng G H 2007 Acta Phys. Sin. 56 6427 (in Chinese) ［何广强、易智、朱骏、曾贵华 2007 物理学报 56 6427］
[8]	［8］Zhao Y B, Heid M, Rigas J, Lütkenhaus N 2009 Phys. Rev. A 79 012307
[9]	［9］Hillery M, Buzek V, Berthiaume A 1999 Phys. Rev. A 59 1829
[10]	］Karlsson A, Koashi M, Imoto N 1999 Phys. Rev. A 59 162
[11]	］Bogdanski J, Rafiei N, Bourennane M 2008 Phys. Rev. A 78 062307
[12]	］Bostrom K, Felbinger T 2002 Phys. Rev. Lett. 89 187902
[13]	］Deng F G, Long G L, Liu X S 2003 Phys. Rev. A 68 042317
[14]	］Deng F G, Long G L 2004 Phys. Rev. A 69 052319
[15]	］Wang C, Deng F G, Li Y S 2005 Phys. Rev. A 71 044305
[16]	］Zhu A D, Xia Y, Fan Q B, Zhang S 2006 Phys. Rev. A 73 022338
[17]	］Li X H, Deng F G, Zhou H Y 2006 Phys. Rev. A 74 054302
[18]	］Wang J, Zhang Q, Tang C J 2006 Phys. Lett. A 358 256
[19]	］Wang J, Chen H Q, Zhang Q, Tang C J 2007 Acta Phys. Sin. 56 673 (in Chinese) ［王剑、陈皇卿、张权、唐朝京 2007 物理学报 56 673］
[20]	］Lin S, Wen Q Y, Gao F, Zhu F C 2008 Phys. Rev. A 78 064304
[21]	］Wang M J, Pan W 2008 Chin. Phys. Lett. 25 3860
[22]	］Long G L, Deng F G, Wang C 2007 Front. Phys. China 2 251
[23]	］Bennett C H, Wiesner S J 1992 Phys. Rev. Lett. 69 2881
[24]	］Wojcik A 2003 Phys. Rev. Lett. 90 157901
[25]	］Cai Q Y 2003 Phys. Rev. Lett. 91 109801
[26]	］Beige A, Englert B G, Kurtsiefer C, Weinfurter H 2002 Acta Phys. Pol. A 101 357
[27]	］Gao T, Yan F L, Wang Z X 2005 J. Phys. A 38 5761
[28]	］Man Z X, Zhang Z J, Li Y 2005 Chin. Phys. Lett. 22 18
[29]	］Li X H, Deng F G, Li C Y, Liang Y J, Zhou P, Zhou H Y 2006 J. Korean Phys. Soc. 49 1354
[30]	］Cai Q Y 2006 Phys. Lett. A 351 23

[1]	危语嫣, 高子凯, 王思颖, 朱雅静, 李涛. 基于单光子双量子态的确定性安全量子通信. 物理学报, 2022, 71(5): 050302. doi: 10.7498/aps.71.20210907
[2]	赵宁, 江英华, 周贤韬. 基于单光子的高效量子安全直接通信方案. 物理学报, 2022, 71(15): 150304. doi: 10.7498/aps.71.20220202
[3]	危语嫣, 高子凯, 王思颖, 朱雅静, 李涛. 基于单光子双量子态的确定性的安全量子通讯. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20210907
[4]	冯艳艳, 施荣华, 石金晶, 郭迎. 基于量子游走的仲裁量子签名方案. 物理学报, 2019, 68(12): 120302. doi: 10.7498/aps.68.20190274
[5]	尚向军, 马奔, 陈泽升, 喻颖, 查国伟, 倪海桥, 牛智川. 半导体自组织量子点量子发光机理与器件. 物理学报, 2018, 67(22): 227801. doi: 10.7498/aps.67.20180594
[6]	刘志昊, 陈汉武. 基于Bell态粒子和单光子混合的量子安全直接通信方案的信息泄露问题. 物理学报, 2017, 66(13): 130304. doi: 10.7498/aps.66.130304
[7]	张森, 陶旭, 冯志军, 吴淦华, 薛莉, 闫夏超, 张蜡宝, 贾小氢, 王治中, 孙俊, 董光焰, 康琳, 吴培亨. 超导单光子探测器暗计数对激光测距距离的影响. 物理学报, 2016, 65(18): 188501. doi: 10.7498/aps.65.188501
[8]	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. 物理学报, 2016, 65(3): 030302. doi: 10.7498/aps.65.030302
[9]	曹正文, 赵光, 张爽浩, 冯晓毅, 彭进业. 基于Bell态粒子和单光子混合的量子安全直接通信方案. 物理学报, 2016, 65(23): 230301. doi: 10.7498/aps.65.230301
[10]	张蜡宝, 康琳, 陈健, 赵清源, 郏涛, 许伟伟, 曹春海, 金飚兵, 吴培亨. 超导纳米线单光子探测器. 物理学报, 2011, 60(3): 038501. doi: 10.7498/aps.60.038501
[11]	李伟, 范明钰, 王光卫. 基于纠缠交换的仲裁量子签名方案. 物理学报, 2011, 60(8): 080302. doi: 10.7498/aps.60.080302
[12]	柯熙政, 卢宁, 杨秦岭. 单光子轨道角动量的传输特性研究. 物理学报, 2010, 59(9): 6159-6163. doi: 10.7498/aps.59.6159
[13]	张盛, 王剑, 张权, 唐朝京. 量子密码协议的错误序列模型分析. 物理学报, 2009, 58(1): 73-77. doi: 10.7498/aps.58.73
[14]	王天银, 秦素娟, 温巧燕, 朱甫臣. 多方控制的量子安全直接通信协议的分析及改进. 物理学报, 2008, 57(12): 7452-7456. doi: 10.7498/aps.57.7452
[15]	林青群, 王发强, 米景隆, 梁瑞生, 刘颂豪. 基于随机相位编码的确定性量子密钥分配. 物理学报, 2007, 56(10): 5796-5801. doi: 10.7498/aps.56.5796
[16]	王剑, 陈皇卿, 张权, 唐朝京. 多方控制的量子安全直接通信协议. 物理学报, 2007, 56(2): 673-677. doi: 10.7498/aps.56.673
[17]	冯明明, 秦小林, 周春源, 熊利, 丁良恩. 偏振光量子随机源. 物理学报, 2003, 52(1): 72-76. doi: 10.7498/aps.52.72
[18]	杨理, 吴令安, 刘颂豪. 复合量子密钥分发系统双速协议及其安全性分析. 物理学报, 2002, 51(11): 2446-2451. doi: 10.7498/aps.51.2446
[19]	梁创, 符东浩, 梁冰, 廖静, 吴令安, 姚德成, 吕述望. 850nm光纤中1.1km量子密钥分发实验. 物理学报, 2001, 50(8): 1429-1433. doi: 10.7498/aps.50.1429
[20]	廖静, 梁创, 魏亚军, 吴令安, 潘少华, 姚德成. 基于光量子的真随机源. 物理学报, 2001, 50(3): 467-472. doi: 10.7498/aps.50.467

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