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物联网通信信道的量子密钥协议研究

更新时间：2019-12-17 14:51:40 大小：803K 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：物联网量子密钥协议 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

为了提高物联网通信信道的通信效率和安全性,对物联网通信信道的量子密钥协议进行研究,分析了基于BB84协议的量子密钥分配系统以及通信原理,在量子密钥协议中融入筛选数据、数据纠错以及身份认证过程,增强物联网通信信道内光子通信的质量.面向物联网通信信道的多样性和复杂性,提出基于BB84的多用户量子密钥分发协议,确保物联网各通信终端基于最高的概率得到一致的密钥.采用4维Hilbert空间上的量子密钥分配协议,将BB84协议中二维Hilbert空间中的单个量子的密钥协商发展到4维Hilbert空间中,提高物联网通信信道的通信效率.实验结果说明,所提量子密钥协议,提高了物联网通信信道的通信效率和安全性.

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：物网通信信道的量子密

研究

114

《激光志))2017年第38卷第12期LASER JOURNAL(Vol。38，No．12，型

物网通信信道的量子密

研究

(江第二范学院信息技系，南京210013)

摘

要：了提高物网通信信道的通信效率和安全性，

物

网通信信道的量子密

行研究，分

以及身份

析了基于BB84

程，增

的量子密分配系以及通信原理，在量子密

中融入

数据、数据

物

网通信信道内光子通信的量。面向物网通信信道的多性和复性，提出基于BB84

的多用量子密

分，确保物网各通信端基于最高的概率得到一致的密。采用4 Hilbert空

上的量子密分配

，将BB84

中二 Hilbert空中的个量子的密

商

展到4 Hilbert空中，

提高物网通信信道的通信效率。

果

明，所提量子密

，提高了物网通信信道的通信效率和安

全性。

关

中

：物网；通信；信道；量子密

文献

；

；研究

：A

分

号：TN918．2

DOI

：10．14016／j，cnki．jgzz．2017．12，114

for

channel of

communication

Research

quantum key

protocol

Internet of

things

ZHA0

Jie

Technology，Jiangsu

of mathematics and Information

Second Normal

College，Nanjing 210013)

(Department

of the

and

security

communication

order to

the communication

Intemet

Abstract：In

channel，

improve

efficiency

the Internet communication channel of

on the BB84

quantum key

quantum

agreement

studied，based

the

protocol

key

distribution

are

and the

into the

quantum key agreement

system

analyzed

principle

communication，in

the

screening

data error correction and authentication

of iot

communication within

data，the

process，increase

quality

photon

to the

Internet communications

communication channel．Geared

needs of the

and

channel，

diversity

complexity

based

multi-user

distribution

of BB84 and ensure that the Intemet

protocol

the communica-

key

quantum

things

distribution

quantum key

tion terminal based Off the

consistent

011 the

protocol

highest probability

get

key．Using

in the Hilbert

quantum key agreement space

Hilbert

BB84

in two— dimensional

space，the

protocol

single

development

to 4 d in the Hilbert

the communication

of Internet communication

the communication

re-

space，improve

efficiency

channel．Experimental

sults indicate that the

and

of the In—

security

proposed quantum key agreement，improve

efficiency

temet communication channel．

words：internet

Key

things；communication；channel；quantum key；protocol；research

随着互网技的快速展，网安全

逐

全可靠分配旧1。当前的量子技大都采用BB84

子密分配窃听者，

确保被窃听信息来那个的最小化，使得物网通

量

引起人的关注。密学理是网安全的基，融

，

种

能

及

合密

子

技

以及网

等安全技，在数据加密、

域具有高的用价 ⋯ 。

能

以及防火

等

信信道受到的威大大降低，提高通信信道的安全

量子密是密学和量子力学融合形成的，其可塑造

不被攻和窃听的安全物网通信信道。当前的量

性。

物网通信信道的量子密

研究

子密

技

分析的关，是采用量子技在物网通

1．1

信量子信道中，通量子密

量子密的安

BB84

(Alice以及Bob)

偏振光子的程。基于BB84

是一种基于非易量子，在通信双

随机密，通量子信道

的物网通

收稿日期：2017— 07一13

基金目：国家自然科学基金面上目( 号：6117029)

作者介：

(1979一)，女，族，士研究生，

，研究方向：信息

安全、物网。

http：／／www．1aserjournal．cn

万方数据

：物网通信信道的量子密

《激光志}2017年第38卷第12期LASER

研究

115

JOURNAL(V01．38，No．12，2017)

信信道的量子密分配系

构用 1描述。

串分割成K的区，

各区施运算并公布奇偶校

果，如果一致，

log(K)循

掉

区的末位比特，否

数据施跟踪和

通

，

区中的

理。数据

程

然降低了密的信息量，但

可

是确保了密的安全性。

(3)身份

通

◇

④

叫詈

署

◇筹

上述程得到窃听者Eve安全的密

，

堕一

网通信信道的量子密分配系

物

构

程是在Alice以及Bob是合法的情况下行的，若

Alice和Bob不是合法的身份，在BB84 内融

人身份程，将上述取的密当成初始密

nK，且有nK=Ka+Kb+K，通 ‰以及硒施身份

，Alice秘密从nK内采集Ka，向Bob Ka，Bob

秘密从nK内采集硒后向Alice 。8j，Alice以及

Bob基于KbKa通向哈希函数得到自身的秘密密

基于BB84

配系

的物网通信信道的量子密

分

由

送器和接收器构成，送器Alice随机

程

送不同偏振的光子序列，偏振的角度分是0。，45。，

90。，135。，接收器Bob 不同角度偏振的光子

施

偏振以及偏振

基是偏振

。Bob公布其各光子的

偏振旧o。Alice向Bob公布何种

是

基是准确的，Alice以及Bob存全部Bob准确

基，用0表示0。或45。，用1表示900或135。，最

’，Kb’，Alice以及Bob通

双

方案完成身

份

E9 3。

取密

。

1．2基于BB84的多用量子密

面向物网通信信道的多性和复性，提出基

于BB84的多用量子密，确保物网各

通信端基于最高的概率得到一致的密。一

是BB84的多用量子密方式中1个送端

4个接收端，若利用BB84

的分 ¨⋯ ，同

分

B0h同 r百厂万

r百 r百]

坐 Q

【1

坐

些l

多

R。w

Kev[][二]二[互][二][]

分

BB84

基本原理

，需要4次才能完成

送端需要分生的不同

2是BB84

的基本原理，其生在理想信

的物网通信信道内，噪声以及窃

密

道内，然而在

信。 ,JJH密4次，再由接收端接收来自不同加密渠道的

听者光子序列内光子的偏振生干 H1，了提

高物网通信信道内光子通信的量，在量子密

密文。

基于上述

，文章提出基于BB84多用量子

中融入非量子程，添加的内容

：

密

分

，以下是的工作流程：

(1)

数据

(1) 送端自生成n个二制密

；

物

网通信信道中量子

程中受到噪声以

(2)复制

密

m次，得N个密

取基矢，使N个密

；

及窃听者Eve的干

，

致关注的偏振存在波

施准确

基后，将

数据掉¨’6

率后，如果

掉全部的数据，再次

Alice以及Bob存剩余数据，最得到的数据是

数据。若物网通信信道中量子程中，Alice

Bob的量子比特是mbit，

的原数据是n bit，程能

，

(3) 送端自

化

Bob的

部件无法

果

。因

的量子偏振，再通量子信道送；

(4)接收端接收并通量基量子

此Alice以及Bob

的光子数据以及

比

未被采集

o，或者任意

自

任的

行

；

比不同的数据，运算出

高，

率比

(5)

两

典信道与基矢比，接收与

分密度n将被反

光子序列；否

基矢相同的部分，同

送端；

(6)将基矢相同部分的量子

制比特，中的各存下的二制比特按

接，取一 n位二制密 ⋯ 1，且

的二

序

bit，

取

反

掉m-n

出存在窃听者

而

密

Eve。

是与送端相同的n位。

(7)面多个接收端分

(2)数据

上步

Alice以及Bob存完全的一致性，此需要原数

操作，：Alice以及Bob 自身

而混淆位置⋯ ，将bit

密

反复行上述操

通

数据后取的数据nbit，无法确保

作，其中n 定不

。

就

了一次量子密

的

分

。

据

施

程

采用

种

需一次加密即可

一个

送

bit串位置施任意

，

http：／／www．1aserjournal．ell

万方数据

：物网通信信道的量子密

研究

116

《激光志))2017年第38卷第12期LASER JOURNAL(Vol。38，No．12，2堂)

1．3．1

描述

端

多个接收端分

接收端接收；在多用量子密

机生成的，送端以及接收端任意取基矢并量基

密

，

的密文准确无的由

(1)Alice中存在两个EPR源：

分

流程中密是随

(4)

19j)=A。B．，}妒；)=A2B：

矢，

可确保

的安全。

在留下(B)。2=B。O曰：的同把(A)@2=A，OA：

到Bob。

基于分

密

度rl以及分数m，用P描述最

后

取密的概率，有：

1)}④2、{1+)，I一)}@2

(2)在两个量基{10)，l

／1、m1“

中Alice与Bob分

任其一 (A)。2以及(B)@2的

(1)

P=l 1-I i1

、二，

量。

若密

度保持定，可利用式(1)确定适合的

(3)Alice与Bob反复完成至少4n次(1)以及

分

密

数11't，使不等式P>P。成立，用尸。描述取相同

(2)的步

。

的最小

，

确保物网各通信端基于最

。

(4)Alice与Bob在典信道上要公开

示量

高的概率得到一致的密

基，确保Alice与Bob至少有2n个相同的量基’14|，

相同量基的4n个

(5)通比Alice与Bob任意取的相同

基的n (A)@2的

是否有窃听行的依据是

1．3

同

量。

Hilbert空上的量子密分配

量

上述分析的量子密分配 BB84是建立在二

量

和( @2的

量

，Alice判

率高低比

的Hilbert空里，个量子比特是基于量基j

o)，I 1)和l+)．I一)的一种量出来的，而量基的

量

与

取是通

行的两会采用随机的方式

行

¨5。，若信道

率在百分之十范内，可以

。

行

¨引。之所以运用此方法是因 Alice与Bob可利

往下行，否将停止

(6) 了得到最安全的密比特，Alice与Bob

需要加余下的2n个的保密工作。

1．3．2安全性分析

置￡_(I妒施)@2)=(1／2)。2是(B)。2的密度算

子。Alice与Bob在{10)，I 1)}@2、{I+)，I一)}@2

用局域操作，通两种量基

出存在于量子中

出来的概率不是百分之

，确保正确的量子密

量

的

，

然

取

被

百，但可随

分配

本

行

在噪声量子信道上施行，此信道的要求

是

率在百分之十以内。

如果信道的率高于百分之十，噪声以及窃

听会使量子信道上的信息泄露窃听者Eve。主要

两

种

量基中任其一分

(』4)@2以及( @2

行

量，所以，

量子信道上的(B)@2 于非正交混合

是因任何生在个比特J9)上的

E=eoI+e1X+e2Z+e3XZ

E是：

，且不能被Eve拷 “1 6I。

(2)

在明确

数量的基上辨能否得到保真度

取秘比特。上

了

定

生的

，只要Alice与Bob辨出I

是1的EPR ，并

其

行

量

p)中是否存在x或z

。BB84运用I、x和z

所述，Alice与Bob要保存在于(B)@2上的一切窃听

行

生X

，I、x和z属于化的四个Pauli矩。如果

有：

，(px I妒+)。。=XO，19+)。B=l≯ +)

活以及由噪声致的

能被量基

出来。

，

{Io)，I

1)}⑧2以及{l+)，I一)}④2

辨

两个量子比特上的

种

可通存在于

个量子比特上

的

量

来区分ⅢJ，在任 2

(100)。B+110)。B)／,／2=(I++)^B— I一一)。日)／√2(3)

Alice与Bob运用各自的量子比特行}0)，I 1)

量，察各自得出果是否一致。同理可得，z

个Pauli算子成的集合{，，X，z，昭}@2中不包含

基

的全部元素，用E描述。Alice与Bob利用量基

可利用I+)，l一)

1)以及I+)，l一)

出，或XZ

可利用Io)，l

{10)，l 1)}@2以及{l+)，l一)}④2先 (B)@2上的E中

出。在量子密分配

中不

多

全部元素

行

量，再

量

比的流程。

有一半相同量基的

程是在的第(4)步中完成的，

运用“制量子一量量子”方案多，而且

提高通信效率越来越重。只有降低通信

Alice与Bob随机

量

程

中的

量，

中量子比特的失量才能从根本上解决通信效率低

。基于种想法，将HH84 Hilbert空

上的个量子的密展到4 Hilbert空

其余相同量基的

量

中的

量准一个可

的

二

靠的估量，估量的精确性指

接近1。如果Alice

商

向

一

Bob 送4n个无法拷的量子比特，以2个

送，在此程中会；在Bob 取后，

比特，将

¨3『，使得物网通信信道上的通信量降低，提高信

道通信效率。

生

Alice任意取2n中的n

行

：／／www．1aserjournal．cn

万方数据

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