QKD 量子密钥分发
QKD的物理原理 利用量子的测量特性来进行密钥方法而不是量子纠缠 基于以下物理原理 量子具有4种自旋 |0> |1> |+> |-> ,分别在两个测量基 十 和 X 上 |0> |1> 自旋的量子只能在测量基 十 上测准 |+> |-> 自旋的量子只能在测量基 X 上测准 使用错误测量基测量量子会扰动量子,使其在另一个测量基上的分量以1/2 1/2的概率分布到这个测量基,则只有1/2概率测准 使用错误测量基测量量子会使量子自旋改变 基于上述原理的密钥基本方法 Alice发送特定自旋的光子给Bob Bob选择随机测量基进行测量 Alice发送正确测量基 Bob将接收到的正确测量基与选择的测量基比较,判断是否选对测量基 Bob将测量基是否选择正确告知Alice 若测量基有效,则测量结果即为双方交换成功的秘密比特 进行若干次上述过程后,Alice和Bob就有了一组互相知道的密钥 抗第三方的原理 上面交换的过程是可以被监听的,第三方只要截获光子,根据Alice发送的正确测量基来获得测量结果后即可得到光子的状态并发送相同状态的光子给Bob 将以下QKD过程与上述进行比较: Alice发送特定自旋的光子给Bob Bob选择随机测量基进行测量 Bob发送选择的测量基 Alice将收到的测量基与正确测量基比较,结果告知Bob 若测量基有效,则测量结果即为双方交换成功的秘密比特 错误测量基会导致光子改变,因此若是第三方窃听了光子必然导致Bob收到的光子与Alice发出的不同,基于海森堡测不准原理,第三方不可能在不知道测量基的情况下复制出状态相同的光子。因此在第三方监听的情况下,第三方有1/2的概率选错测量基,1/2的概率由于测量使得光子自旋变化,这样就使得Bob收到的光子有1/4的概率与Alice发出时的状态不同。这为检测第三方监听提供了依据,但必须牺牲一部分交换结果来确认双方的结果是否相同才行。同时,若是第三方持续监听,将使得交换信道不可用。 从实现角度,由于光子的自旋即偏振,通过单光子发射器 发生的单光子通过偏振片即可生成垂直、水平、+45°或-45°的偏振态。 BB84协议 Alice发送需要交换的密钥长度给Bob Alice发送一组特定自旋的光子给Bob Bob选择随机测量基进行测量这组光子 Bob发送选择的测量基序列 Alice将收到的测量基序列与正确测量基序列比较,将结果序列告知Bob 将结果序列为1的位上的测量结果作为本轮交换得到的密钥比特 重复几轮可以得到一个密钥序列...