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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
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:TN918.1[电子电信—通信与信息系统;电子电信—信息与通信工程]
  • 作者机构:[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
  • 相关基金: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);中国博士后科学基金(批准号:2014 M561826)资助的课题
中文摘要:

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.

英文摘要:

Most of quantum cryptography protocols are designed under the ideal conditions without considering the impact of noise in actual communication; thus they may result in that the confidential information cannot be transmitted to the receiver accurately or eavesdroppers can steal the confidential information by mixing in noise. Therefore, analyzing the security of quantum cryptography protocols under noise conditions is of great significance. For the purpose of analyzing the security of quantum BB84 protocol in collective-rotation noise, firstly this paper introduces the quantum BB84 protocol, and considers the influence of environmental noise on it. An explanation should be stated that in a noise environment, the effects of noise and eavesdropping cannot be distinguished between each other. So the mechanism for which the error bit is simply used as the criterion to judge whether there exists eavesdropping in the BB84 protocol,cannot be used in the noise environment. The mechanism to judge whether there exists eavesdropping in quantum noise channel needs to be modified and improved for protecting the information. An initial qubit error rate can be set according to the noisy quantum channel. If the qubit error rate σ of the quantum communication channel is larger than that, it can be determined that the quantum channel is not secure and exists eavesdropping, no matter what the reason is. And on this basis, the collective-rotation noise model will be established in quantum channel by using the particle deflection model and distinguish the noise from the eavesdropping in quantum channel quantitatively, and the relationship of the amount of information that eavesdroppers can steal, the quantum bits error rate and the noise level will be analyzed by using the von Neumann entropy. Finally, the noise critical point will be calculated by using the collective noise model and the relationship between the amount of information that eavesdroppers can steal, at the quantum bits error rate,and the noise level. Through the analys

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876