西安邮电大学网络空间安全学院，陕西 西安 710121
针对已有量子密钥协商协议存在或对参与者能力和设备要求过高，或易受中间人攻击的问题，利用贝尔态的纠缠特性、置换和幺正操作提出了一种具有互认证功能的两方半量子密钥协商协议。协议仅需一方参与者具备全量子能力，而另一方只需具备半量子能力。由于半量子参与方仅需进行反射操作以及简单的量子态制备与测量操作，因此该协议降低了对参与者量子能力与设备的要求。并且所提协议通过执行参与者之间的身份互认证以防止中间人攻击。安全性分析证明了该协议能够有效抵御参与者攻击和外部攻击。此外，综合考量所提协议的功能并分析其性能，并与已有量子密钥协商协议进行对比，可以说明所提协议在性能方面具有一定优势。
量子光学 量子密码 半量子密钥协商 身份互认证 贝尔态
湖南师范大学信息科学与工程学院, 湖南 长沙 410081
半量子通信协议允许只具有有限量子能力的参与者进行量子通信, 与全量子通信协议相比, 减少了量子资源损耗, 节约了量子硬件成本。基于半量子模型, 以四粒子Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) 态作为量子资源态, 提出了一种新型半量子私有比较协议。该协议可以在半诚实第三方的帮助下比较两个经典用户Alice和Bob的信息是否相等, 且不泄露他们的秘密信息。安全性分析表明该协议可以抵御内部攻击和外部攻击, 与现有的半量子私有比较协议相比, 经典用户所需的量子能力更少, 只需执行Z基测量和反射接收的粒子, 且具有较高的量子比特效率。此外, 通过IBM量子云平台进行了仿真实验, 验证了所提协议的正确性。
量子信息 量子密码学 半量子私有比较 四粒子GHZ态 IBM量子云平台 半诚实第三方 quantum information quantum cryptography semi-quantum private comparison four-particle GHZ state IBM quantum cloud platform semi-honest third party
西安邮电大学网络空间安全学院，陕西 西安 710121
由于量子力学独特的性质，量子密钥协商理论上具有无条件安全性。设计了一个以四粒子团簇态为量子信源，通信双方分别进行联合Bell测量，并通过受控非门与Hadamard门进行编码操作，从而共享密钥的量子密钥协商协议。为应对传输过程中的退相干性，还使用了弱测量和量子测量翻转的方法。本文提出的密钥协商协议不仅具有应对各种参与者攻击与外部攻击的能力，还具有更高的通信效率。
量子密码 量子密钥协商 四粒子团簇态 Bell测量 量子比特效率 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2127001
西安邮电大学网络空间安全学院，陕西 西安 710121
为了满足多用户安全通信的需求，利用四粒子cluster态的纠缠特性和测量-重发操作提出一个四方半量子密钥协商协议。该协议能够使一个全量子方和三个半量子方在无可信第三方协助的情况下进行密钥协商，并公平地建立共享密钥。由于该协议的半量子方仅需执行简单量子态制备、测量和反射操作，因此该协议降低了对参与者能力和设备的要求。研究结果表明，该协议在有效地抵御参与者攻击和所有外部攻击的同时具备良好的性能。
量子光学 量子密码 半量子密钥协商 四粒子cluster态 量子比特效率 光学学报
2023, 43(20): 2027001
西安邮电大学网络空间安全学院，陕西 西安 710121
目前，量子行走已广泛应用于量子计算和量子模拟中，并可应用于量子隐形传态中。提出了一种基于量子行走的电子支付协议。在协议中，买家基于可信第三方平台，将部分购物信息通过量子行走传送给银行和商家，完成一次网络购物。此协议将量子行走与电子支付相结合，使参与方仅需制备单光子便可以得到所需的纠缠资源，便于量子态的制备和实现。同时，协议不仅满足购物清单对银行保密，还实现了购买者的部分私人信息对商家保密，提高了隐私保护能力。最后的安全性分析表明，该协议可以抵御内部和外部攻击，对于当前技术是安全可行的。
量子光学 量子密码 量子行走 电子支付 隐形传态 单粒子
1 江苏亨通问天量子信息研究院有限公司,江苏 苏州 215200
2 江苏亨通光电股份有限公司,江苏 苏州 215200
3 中国科学院量子信息重点实验室,安徽 合肥 230026
基于波分复用技术可以实现量子与经典信号在同一根光纤中共传。由于经典信号与光纤的非线性相互作用引起的噪声会降低量子密钥分配 QKD 的信噪比, 需要采取措施降低经典噪声的影响。与以往对 QKD 设备侧的改造不同, 从光纤传输线路的角度出发,通过对比不同种类光纤的性质, 建立波分复用单纤传输量子密钥分配噪声模型, 结合诱骗态和有限长安全分析方法, 分析了不同种类光纤对共纤 QKD 背景噪声计数率、安全密钥率和最大安全传输距离等性能的影响。对 G.652、G.654 和 G.655 三种光纤的数值仿真结果表明, G.655 光纤可以降低共纤 QKD 的背景噪声计数率, G.654 光纤可以增大共纤 QKD 的安全密钥率和最大安全传输距离, 而常用的标准单模光纤 G.652对于共纤 QKD 性能的影响居于三者之间。
量子信息 量子密码 量子密钥分配 波分复用 光纤 非线性相互作用 quantum information quantum cryptography quantum key distribution wavelength division multiplexed optical fiber nonlinear interaction
空军工程大学信息与导航学院，陕西 西安 710077
量子盲签名作为量子密码的重要组成部分，近年来备受关注，半量子协议为量子盲签名走向实用化提供了可行性方法。结合半量子概念和抵抗集体噪声的逻辑粒子，提出了免疫集体噪声的半量子盲签名协议。在协议中，只有签名方Charlie具备完整的量子能力，这使得该协议对量子资源的依赖大幅降低。通过安全性分析可以证明：本协议能够抵抗内部攻击、纠缠测量攻击和截断重发攻击等，实现了部分密钥的可复用性，同时能够扩展到量子签名网络，实现跨区域的量子签名。
量子密码 量子盲签名 半量子 集体噪声 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1927001
西安邮电大学网络空间安全学院，陕西 西安 710121
量子密钥协商协议虽然可以实现参与者之间建立安全共享密钥的目的，但是目前大多数量子密钥协商协议对参与者能力和设备的要求较高。针对此问题，利用G-like态的纠缠特性和测量-重发操作方法提出了一个两方半量子密钥协商协议。该协议允许两个半量子参与方在一个具备全量子能力的可信第三方协助下公平地建立安全共享密钥。由于两个半量子方只需要执行反射操作以及进行简单的量子态制备和测量，因此该协议降低了对参与者能力和设备的要求。最终，安全性分析证明了该协议可以很好地抵抗参与者攻击和外部攻击。并且，该协议在性能方面也有一定优势。
量子光学 量子密码 半量子密钥协商 G-like态 量子比特效率 中国激光
2022, 49(13): 1312001
1 中国科学技术大学, 中国科学院量子信息重点实验室, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院量子信息与量子科技创新研究院, 安徽 合肥 230026
信息安全是国家核心竞争力的重要组成部分, 量子密钥分发 (QKD) 利用量子力学基本原理对信息实现计算复杂度无关的安全加密, 是下一代信息安全技术的重要选项。经过三十多年的发展, 以结合诱骗态的 BB84 协议为代表的 QKD 方案已经非常成熟, 并逐渐开始了规模化部署。持续探索基础方案和核心技术是推动 QKD 发展的基础动力。在单回合通信中, 基于高维量子态编码的高维 QKD (HD-QKD) 技术具有更高的信息承载效率和更强的抗噪声能力, 因而具有重要的发展和应用潜力，已成为当前 QKD 领域的重要研究方向之一。光子的轨道角动量 (OAM) 自由度原则上具有无穷维希尔伯特空间, 是实现 HD-QKD 的重要物理资源。重点回顾了基于 OAM 光子态的 HD-QKD 的发展历程, 梳理并讨论了该研究方向的主要技术成果和面临的关键技术问题, 并展望其未来发展趋势。
量子信息 高维量子密钥分发 矢量涡旋 轨道角动量 量子密码 信息安全 quantum information high-dimensional quantum key distribution vector vortex orbital angular momentum quantum cryptography information security
卢奉宇 1,2,3银振强 1,2,3,*王双 1,2,3,**王泽浩 1,2,3[ ... ]韩正甫 1,2,3
1 中国科学技术大学中科院量子信息重点实验室, 安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学量子信息与量子科技前沿协同创新中心, 安徽 合肥 230026
3 密码科学技术国家重点实验室, 北京 100878
测量设备无关量子密钥分发协议可以免疫所有测量端的漏洞,极大地推进量子保密通信的实用化进程。美中不足的是,该协议依然对源端有极强的安全性假设。源端设备的非完美性同样会留下多种侧信道,从而威胁系统的实际安全性。针对此问题,提出无特征源测量设备无关量子密钥分发协议。该协议在量子态制备不完美的情况下依然可以提取出安全的密钥,是理论无条件安全性与实际安全性的完美结合。通过三强度诱骗态方法以及自行研制的Sagnac-Asymmetric-Mach-Zehnder编码结构,成功搭建无特征源的测量设备无关量子密钥分发系统,并在长为50.4 km的光纤信道和25 MHz的系统重复频率下达到1.91×10 -6的安全密钥分发速率。
