Состояние-приманка
 | Эта статья может сбивать с толку или быть непонятной читателям . ( Ноябрь 2011 г. ) |
В рамках квантовой криптографии протокол состояния обмана распределения квантовых ключей (QKD) является наиболее широко реализуемой схемой QKD. В практических системах QKD используются многофотонные источники, в отличие от стандартного протокола BB84 , что делает их уязвимыми для атак с разделением числа фотонов (PNS). Это значительно ограничит безопасную скорость передачи или максимальную длину канала в практических системах QKD. В методе состояний-ловушек этот фундаментальный недостаток практических систем КРК устраняется за счет использования нескольких уровней интенсивности в источнике передатчика, т.е. кубиты передаются Алисой с использованием случайно выбранных уровней интенсивности (одно состояние сигнала и несколько состояний-ловушек), что приводит к различному числу фотонов. Статистика по всему каналу. В конце передачи Алиса публично объявляет, какой уровень интенсивности использовался для передачи каждого кубита. Успешная атака PNS требует поддержания частоты ошибок по битам (BER) на стороне получателя, чего невозможно достичь с помощью статистики количества нескольких фотонов. Контролируя BER, связанный с каждым уровнем интенсивности, две законные стороны смогут обнаружить атаку PNS с существенно увеличенной скоростью безопасной передачи или максимальной длиной канала, что делает системы QKD пригодными для практического применения.
Мотивация
[ редактировать ]В доказательствах безопасности протоколов QKD, таких как BB84 , предполагается, что отправитель, Алиса, использует одиночный источник фотонов. В действительности идеального источника одиночных фотонов не существует. практические источники, такие как лазерный источник со слабым когерентным состоянием Вместо этого для КРК широко используются . Ключевая проблема этих практических источников ККД заключается в их многофотонных компонентах. Серьезная лазейка в безопасности возникает, когда Алиса использует многофотонные состояния в качестве носителей квантовой информации. Используя многофотонные компоненты, подслушиватель Ева в принципе могла бы разделить фотоны, сохранить один фотон и отправить остальные Бобу. После того как Алиса и Боб объявят основную информацию, Ева может измерить перехваченный фотон, чтобы получить ключевую информацию. Когда канал потерян, Ева может запускать более сложные атаки, такие как атака с разделением числа фотонов. Чтобы минимизировать эффекты многофотонных состояний, Алисе приходится использовать чрезвычайно слабый лазерный источник, что приводит к относительно низкой скорости ККД. Для решения этой многофотонной проблемы предлагается использовать метод ложного состояния, используя несколько фотонов различной интенсивности вместо одного. В случае ложных состояний практические источники, такие как источник когерентного состояния или объявленный источник параметрического понижающего преобразования (PDC) работает почти так же хорошо, как источник одиночных фотонов. [1]
Разработка
[ редактировать ]Схема государства-ловушки была предложена Вон Ён Хваном из Северо-Западного университета . [2] Позже его безопасность была доказана путем разработки модели канала числа фотонов и предположения использования бесконечного числа состояний-ловушек. [3] Обычный практический метод состояния-ловушки требует только двух состояний-ловушек: вакуумной ловушки и слабой ловушки. Этот метод состояния «вакуум + слабая ложная ловушка» был впервые предложен Хой-Квонг Ло из Университета Торонто . [4] а затем был проанализирован другими. [5] [6] Было показано, что только при наличии вакуума и слабых состояний-ловушек достигнутая ключевая ставка очень близка к случаю бесконечного состояния-ловушки. [6]
Экспериментальные демонстрации
[ редактировать ]Первый эксперимент по методу состояния-ловушки был проведен группой Хой-Квонг Ло и их сотрудником Ли Цянем. [7] где метод состояния одной ловушки [6] трудоустроен. Расстояние передачи составляет 15 км, а скорость генерации ключей — 165 бит/с. Затем QKD на большем расстоянии демонстрируется с помощью метода вакуум + слабая ложная ловушка по волокну длиной 60 км. [8] Позже три экспериментальные группы демонстрируют метод состояния-ловушки на расстояниях 100 км. [9] [10] [11] После этого будет много других демонстраций. [12] [13]
QKD в ложном состоянии с использованием источников некогерентного состояния
[ редактировать ]Также были проанализированы протоколы QKD состояний-ловушек с источниками некогерентного состояния. Протокол пассивного состояния приманки, в котором состояния приманки подготавливаются пассивно, предлагается в качестве источника параметрического понижающего преобразования . [14] [15]
См. также
[ редактировать ]- Квантовая криптография
- Квантовое распределение ключей
- Список протоколов распределения квантовых ключей
- Квантовая сеть
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ма, Сюнфэн (2008). Квантовая криптография: от теории к практике (доктор философии). Университет Торонто. arXiv : 0808.1385 .
- ^ Хван, Вон Ён (1 июля 2003 г.). «Квантовое распределение ключей с большими потерями: на пути к глобальной безопасной связи». Письма о физических отзывах . 91 (5): 057901. arXiv : quant-ph/0211153 . Бибкод : 2003PhRvL..91e7901H . doi : 10.1103/physrevlett.91.057901 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 12906634 . S2CID 19225674 .
- ^ Ло, Хой-Квонг; Ма, Сюнфэн; Чен, Кай (16 июня 2005 г.). «Распределение квантовых ключей состояния-приманки». Письма о физических отзывах . 94 (23). Американское физическое общество (APS): 230504. arXiv : quant-ph/0411004 . Бибкод : 2005PhRvL..94w0504L . дои : 10.1103/physrevlett.94.230504 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 16090452 . S2CID 16938588 .
- ^ Ло, Хой-Квонг (2004). Квантовое распределение ключей с вакуумом или тусклыми импульсами в качестве состояний-ловушек . Материалы Международного симпозиума IEEE по теории информации 2004 г. Нью-Йорк: IEEE Press. п. 137. дои : 10.1109/ISIT.2004.1365174 . ISBN 0-7803-8280-3 .
- ^ Ван, Сян-Бин (16 июня 2005 г.). «Преодоление атаки разделения числа фотонов в практической квантовой криптографии». Письма о физических отзывах . 94 (23): 230503. arXiv : quant-ph/0410075 . Бибкод : 2005PhRvL..94w0503W . дои : 10.1103/physrevlett.94.230503 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 16090451 . S2CID 2651690 .
- ^ Jump up to: а б с Ма, Сюнфэн; Ци, Бин; Чжао, И; Ло, Хой-Квонг (20 июля 2005 г.). «Практическое состояние-ловушка для квантового распределения ключей». Физический обзор А. 72 (1). Американское физическое общество (APS): 012326. arXiv : quant-ph/0503005 . Бибкод : 2005PhRvA..72a2326M . дои : 10.1103/physreva.72.012326 . ISSN 1050-2947 . S2CID 836096 .
- ^ Чжао, И; Ци, Бин; Ма, Сюнфэн; Ло, Хой-Квонг; Цянь, Ли (22 февраля 2006 г.). «Экспериментальное распределение квантовых ключей с состояниями-приманками». Письма о физических отзывах . 96 (7). Американское физическое общество (APS): 070502. arXiv : quant-ph/0503192 . Бибкод : 2006PhRvL..96g0502Z . doi : 10.1103/physrevlett.96.070502 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 16606067 . S2CID 2564853 .
- ^ Чжао, И; Ци, Бин; Ма, Сюнфэн; Ло, Хой-квонг; Цянь, Ли (2006). «Моделирование и реализация распределения квантовых ключей состояния-ловушки по телекоммуникационному волокну длиной 60 км». 2006 Международный симпозиум IEEE по теории информации . IEEE. стр. 2094–2098. arXiv : Quant-ph/0601168 . дои : 10.1109/isit.2006.261920 . ISBN 1-4244-0505-Х .
- ^ Розенберг, Данна; Харрингтон, Джим В.; Райс, Патрик Р.; Хискетт, Филип А.; Петерсон, Чарльз Г.; Хьюз, Ричард Дж.; Лита, Адриана Э.; Нам, Сэ У; Нордхолт, Джейн Э. (5 января 2007 г.). «Распределение квантовых ключей состояния-ловушки на большие расстояния в оптическом волокне». Письма о физических отзывах . 98 (1). Американское физическое общество (APS): 010503. arXiv : quant-ph/0607186 . Бибкод : 2007PhRvL..98a0503R . doi : 10.1103/physrevlett.98.010503 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 17358462 . S2CID 1082713 .
- ^ Шмитт-Мандербах, Тобиас; Вейер, Хеннинг; Фюрст, Мартин; Урсин, Руперт; Тифенбахер, Феликс; Шейдль, Томас; Пердиг, Жозеп; Содник, Зоран; Курцифер, Кристиан; Рарити, Джон Г.; Цайлингер, Антон; Вайнфуртер, Харальд (5 января 2007 г.). «Экспериментальная демонстрация распределения квантовых ключей состояния-приманки в свободном пространстве на расстоянии более 144 км». Письма о физических отзывах . 98 (1). Американское физическое общество (APS): 010504. Бибкод : 2007PhRvL..98a0504S . дои : 10.1103/physrevlett.98.010504 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 17358463 . S2CID 15102161 .
- ^ Пэн, Ченг-Чжи; Чжан, Цзюнь; Ян, Донг; Гао, Вэй-Бо; Ма, Хуай-Синь; Инь, Хао; Цзэн, Хэ-Пин; Ян, Тао; Ван, Сян-Бин; Пан, Цзянь-Вэй (5 января 2007 г.). «Экспериментальное распределение квантовых ключей в состоянии-ловушке на больших расстояниях на основе поляризационного кодирования». Письма о физических отзывах . 98 (1): 010505. arXiv : quant-ph/0607129 . Бибкод : 2007PhRvL..98a0505P . дои : 10.1103/physrevlett.98.010505 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 17358464 . S2CID 45259447 .
- ^ Юань, ZL; Шарп, AW; Шилдс, Эй Джей (2007). «Безусловно безопасное одностороннее распределение квантовых ключей с использованием ложных импульсов». Письма по прикладной физике . 90 (1). Издательство AIP: 011118. arXiv : quant-ph/0610015 . Бибкод : 2007ApPhL..90a1118Y . дои : 10.1063/1.2430685 . ISSN 0003-6951 . S2CID 20424612 .
- ^ Шамс Мусави, SH; Галлион, П. (24 июля 2009 г.). «Распределение квантовых ключей в состоянии-ловушке с использованием гомодинного обнаружения». Физический обзор А. 80 (1). Американское физическое общество (APS): 012327. arXiv : 1411.6155 . Бибкод : 2009PhRvA..80a2327S . дои : 10.1103/physreva.80.012327 . ISSN 1050-2947 . S2CID 119274803 .
- ^ Адачи, Ёритоши; Ямамото, Такаши; Коаши, Масато; Имото, Нобуюки (2 ноября 2007 г.). «Простое и эффективное распределение квантовых ключей с параметрическим понижающим преобразованием». Письма о физических отзывах . 99 (18): 180503. arXiv : quant-ph/0610118 . Бибкод : 2007PhRvL..99r0503A . дои : 10.1103/physrevlett.99.180503 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 17995389 . S2CID 38698156 .
- ^ Ма, Сюнфэн; Ло, Хой-Квонг (9 июля 2008 г.). «Квантовое распределение ключей с запуском параметрических источников понижающего преобразования» . Новый журнал физики . 10 (7): 073018. arXiv : 0803.2543 . Бибкод : 2008NJPh...10g3018M . дои : 10.1088/1367-2630/10/7/073018 . ISSN 1367-2630 .