基于第三方的连续变量量子密钥协商协议的研究

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量子密钥分发和量子密钥协商是量子密码协议领域非常重要的两个分支,不同于量子密钥分发单向传输,量子密钥协商协议中,密钥由所有的参与者共同决定,并且所有参与者对密钥的贡献相同。这些特性使得量子密钥协商有更高的安全性和公平性。自2004年,周南润提出第一个两方量子密钥协商协议,越来越多的QKA协议被提出,并从双方扩展到多方。但是对大多数QKA的研究都是基于离散变量量子态的,而基于离散变量的QKA协议存在以下弊端:(1)理想的单光子源和单光子探测器实现困难,受探测器噪声影响,存在暗计数问题,尚缺乏高效的单光子探测器;(2)单光子在信道传输中,易受环境噪声干扰,易被吸收,导致传输效率和传输距离受限。与离散变量相比,连续变量协议具有多光子束特性、对噪声的免疫性强、探测器噪声可利用、载体携带密钥比特数高、与现有光纤通信系统兼容性强等优势。本文围绕连续变量量子密钥协商这一热点课题,借助连续变量GHZ态、连续变量双模压缩态、相干态等连续变量量子态,设计了三种基于连续变量量子态的量子密钥协商协议,并对所提出协议进行正确性分析和安全性分析,具体研究内容如下:(1)利用连续变量GHZ态,提出了一种基于第三方的多方量子密钥协商协议,第三方制备连续变量GHZ状态,将输出模分别发送给参与者。参与者依次将自己的密钥通过平移操作进行编码,直到接收到编码了所有参与者密钥信息的量子态为止,参与者计算可得到一个共同的密钥。安全分析表明,提出的QKA协议不仅可以抵抗参与者的攻击,还可以抵抗共谋攻击和分束器攻击。(2)为了解决针对探测器引起的黑客攻击,提出一种基于相干态的测量设备无关的量子密钥协商协议。首先提出两方量子密钥协商协议,然后将其推广到多方。根据PM方案的安全性等价于相应的EB方案,为了方便安全性的分析,我们还描述了对应的EB方案,然后分析了协议的安全性,分析表明,协议可以抵抗个体攻击和集体攻击等攻击。(3)以连续变量双模压缩态为基础,提出了一种受第三方控制的连续变量多方QKA协议。第三方制备连续变量双模压缩态,将一个输出模发送给其中一个参与者。参与者以线性方式依次将自己的密钥进行编码,然后第三方进行纠缠度检测,最后公布诱骗态,参与者去除诱骗态后计算可得到一个共同的密钥。安全分析表明,提出的QKA协议可抵抗中间人攻击和共谋攻击等。
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