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提出了一种新的单向量子密钥分配方案。该方案利用光子的两列子波之间相位差关系形成的干涉结果进行编码,并且利用与干涉结果独立的光子偏振态进行窃听检测。并对该方案的效率和安全性进行了分析。理论分析表明,该方案的光子利用率为100%,而经典通信量仅约为BB84方案的一半,信息传输效率约为2n/(3n+4),高于BB84方案25%的效率值,随着传输光子数n的增大,效率值将趋近于66.7%。而且,该方案对于截获重发、测量重发、纠缠测量等常见的攻击,都具有很好的安全性。此外,对于现在的技术而言,该方案较易实现。
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第 39卷第 2期
2009年 3月
东 南 大 学 学 报
(自 然 科 学 版 )
JOURNAL OF SOUTHEAST UNIVERSITY(NaturalScienceEdition)
Vol39 No2
Mar.2009
基于相位编码的高效量子密钥分配方案
许 娟
1
陈汉武
1
刘文杰
1,2
刘志昊
1
(
1
东南大学计算机科学与工程学院,南京 210096)
(
2
南京信息工程大学计算机与软件学院,南京 210044)
摘要:提出了一种新的单向量子密钥分配方案.该方案利用光子的两列子波之间相位差关系形
成的干涉结果进行编码,并且利用与干涉结果独立的光子偏振态进行窃听检测.并对该方案的效
率和安全性进行了分析
.理论分析表明,该方案的光子利用率为 100%,而经典通信量仅约为
BB84方案的一半,信息传输效率约为 2n/(3n+4),高于 BB84方案 25%的效率值,随着传输光
子数 n的增大,效率值将趋近于 667%.而且,该方案对于截获重发、测量重发、纠缠测量等常见
的攻击,都具有很好的安全性.此外,对于现在的技术而言,该方案较易实现.
关键词:量子密钥分配;相位编码;量子干涉;效率;安全性
中图分类号:TP3097;TP393 文献标志码:A 文章编号:1001-0505(2009)02021604
Efficientphasecodedquantum keydistributionscheme
XuJuan
1
ChenHanwu
1
LiuWenjie
1,2
LiuZhihao
1
(
1
SchoolofComputerScienceandEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China)
(
2
SchoolofComputerandSoftware,NanjingUniversityofInformationScienceandTechnology,Nanjing210044,China)
Abstract:Aonewayquantumkeydistributionschemeisproposed.Theschemeutilizestheinterfer
encebetweentwosubwavesofaphotonwithdifferentphasesforcodingandusesthepolarizationof
thephotonwhichisindependentoftheinterferencetochecktheeavesdropping.Efficiencyandsecu
rityanalysesarealsogiven.Thetheoreticalanalysisshowsthattheutilizationratioofthephotonsis
100%,accompanyingwithabouthalfvolumeofclassicalcommunicationsofBB84.Andtheinfor
mationtransmissionefficiencyisapproximately2n/(3n+4)whichishigherthan25% ofBB84and
runsto667% whentheamountoftransitphotonsnincreases.Furthermore,itcaneffectivelyresist
thecommonattacksuchasinterceptresend,measureresendandentanglementmeasureattack.Be
sides,thisschemeisfeasiblewithpresentdaytechnique.
Keywords:quantum keydistribution;phasecoding;quantum interference;efficiency;security
收稿日期:20080916. 作者简介:许娟 (1981—),女,博士生;陈汉武(联系人),男,博士,教授,博士生导师,hw
-
chen@seu.edu.cn.
基金项目:国家自然科学基 金资助项 目(60572071,60873101)、江苏省自 然科学基 金资助项 目(BK2005053,BM2006504,BK2007104,
BK2008209)、江苏省高校自然科学基金资助项目(06KJB520137).
引文格式:许娟,陈汉武,刘文杰,等.基于相位编码的高效量子密钥分配方案[J].东南大学学报:自然科学版,2009,39(2):216 219.
在当今信息社会中,信息的安全传输日益重
要.但随着量子信息与计算理论的提出和发展,现
在常用的经典加密体系受到了极大的威胁
[1]
,所
以量子通信作为信息安全传输的新手段受到了信
息安全学界的高度重视
.量子密钥分配(quantum
keydistribution,QKD)是量子通信的核心,具有很
重要的研究价值和意义,同时它也是量子通信中最
成熟、应用最广泛的研究分支之一,其思想和原理
常常被量子通信的其他研究分支所借鉴和使用,从
而成为其他分支的基础.
自 从 Bennett等 提 出 第 一 个 QKD 方 案
(BB84)
[2]
以 来,人 们 已 提 出 了 多 个 QKD 方
案
[310]
.根据信息载体的不同,QKD方案可以被分
为 3类:
①
基于单粒子系统的 QKD方案,如 Ben
nett提出的 B92方案
[4]
;
②
基于纠缠粒子系统的
QKD方案,如 Ekert提出的 E91方案
[3]
;
③
基于纠
缠粒子与单粒子混合系统的
QKD方案,如 Cabello
提出的基于 Holevolimit的方案
[11]
.研究表明,使
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