Приманка государства

В квантовой криптографии протокол распределения квантового ключа Decoy state (QKD) является наиболее широко применяемой схемой QKD. Практические системы QKD используют многофотонные источники, в отличие от стандартного протокола BB84 , что делает их восприимчивыми к атакам с разделением числа фотонов (PNS). Это значительно ограничит безопасную скорость передачи или максимальную длину канала в практических системах QKD. В методе ложного состояния эта фундаментальная слабость практических систем QKD устраняется путем использования нескольких уровней интенсивности в источнике передатчика, т. е. кубиты передаются Алисой с использованием случайно выбранных уровней интенсивности (одно сигнальное состояние и несколько ложных состояний), что приводит к изменению статистики числа фотонов 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 конце приемника, чего нельзя достичь с помощью статистики числа фотонов. Контролируя BER, связанные с каждым уровнем интенсивности, две законные стороны смогут обнаружить атаку PNS, значительно увеличив безопасную скорость передачи данных или максимальную длину канала, что сделает системы QKD пригодными для практического применения.

Мотивация

В доказательствах безопасности протоколов QKD, таких как BB84 , предполагается, что отправитель, Алиса, использует источник одного фотона. В действительности идеального источника одного фотона не существует. Вместо этого для QKD широко используются практические источники, такие как источник слабого когерентного лазерного состояния . Основная проблема с этими практическими источниками QKD заключается в их многофотонных компонентах. Серьезная лазейка в безопасности возникает, когда Алиса использует многофотонные состояния в качестве носителей квантовой информации. С многофотонными компонентами подслушиватель, Ева, в принципе может разделить фотоны, сохранить один фотон и отправить остальные Бобу. После того, как Алиса и Боб объявят базовую информацию, Ева может измерить перехваченный фотон, чтобы получить ключевую информацию. Когда канал теряется, Ева может запускать более сложные атаки, такие как атака разделения числа фотонов. Чтобы минимизировать эффекты многофотонных состояний, Алисе приходится использовать чрезвычайно слабый источник лазера, что приводит к относительно низкой скорости QKD. Метод ложного состояния предлагается для решения этой многофотонной проблемы путем использования нескольких различных интенсивностей фотонов вместо одной. С ложными состояниями практические источники, такие как источник когерентного состояния или объявленный параметрический источник преобразования вниз (PDC), работают почти так же хорошо, как источник одного фотона. [1]

Разработка

Схема ложного состояния была предложена Вон-Янг Хвангом из Северо-Западного университета . [2] Позднее ее безопасность была доказана путем разработки модели канала числа фотонов и предположения об использовании бесконечного числа ложных состояний. [3] Обычный практический метод ложного состояния требует только два ложных состояния, вакуумное ложное состояние и слабое ложное состояние. Этот метод вакуумного + слабого ложного состояния был впервые предложен Хой-Квонгом Ло из Университета Торонто , [4] а затем был проанализирован другими. [5] [6] Было показано, что только с вакуумным и слабым ложным состояниями достигнутая ключевая скорость очень близка к случаю бесконечного ложного состояния. [6]

Экспериментальные демонстрации

Первый эксперимент с методом ложного состояния был выполнен группой Хой-Квонг Ло и их соавтором Ли Цянем [7] , где использовался метод одного ложного состояния [6] . Расстояние передачи составляет 15 км, а скорость генерации ключа — 165 бит/с. Затем демонстрируется более дальний QKD с методом вакуума + слабого ложного состояния через 60-километровое волокно. [8] Позже три экспериментальные группы демонстрируют метод ложного состояния на расстоянии 100 км. [9] [10] [11] После этого было много других демонстраций. [12] [13]

КРК с ложным состоянием, использующая источники с некогерентным состоянием

Также были проанализированы протоколы QKD ложного состояния с источниками некогерентного состояния. Пассивный протокол ложного состояния, где ложные состояния готовятся пассивно, предлагается в качестве параметрического источника преобразования с понижением частоты . [14] [15]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Ма, Сюнфэн (2008). Квантовая криптография: от теории к практике (Ph.D.). Университет Торонто. arXiv : 0808.1385 .
  2. ^ Хванг, Вон-Янг (1 июля 2003 г.). «Квантовое распределение ключей с высокими потерями: на пути к глобальной безопасной связи». Physical Review Letters . 91 (5): 057901. arXiv : quant-ph/0211153 . Bibcode : 2003PhRvL..91e7901H. doi : 10.1103/physrevlett.91.057901. ISSN  0031-9007. PMID  12906634. S2CID  19225674.
  3. ^ Lo, Hoi-Kwong; Ma, Xiongfeng; Chen, Kai (16 июня 2005 г.). "Decoy State Quantum Key Distribution". Physical Review Letters . 94 (23). Американское физическое общество (APS): 230504. arXiv : quant-ph/0411004 . Bibcode : 2005PhRvL..94w0504L. doi : 10.1103/physrevlett.94.230504. ISSN  0031-9007. PMID  16090452. S2CID  16938588.
  4. ^ Ло, Хой-Квонг (2004). Квантовое распределение ключей с вакуумными или тусклыми импульсами в качестве ложных состояний . Труды Международного симпозиума IEEE 2004 года по теории информации. Нью-Йорк: IEEE Press. стр. 137. doi :10.1109/ISIT.2004.1365174. ISBN 0-7803-8280-3.
  5. ^ Ван, Сян-Бин (16 июня 2005 г.). «Преодоление атаки разделения числа фотонов в практической квантовой криптографии». Physical Review Letters . 94 (23): 230503. arXiv : quant-ph/0410075 . Bibcode : 2005PhRvL..94w0503W. doi : 10.1103/physrevlett.94.230503. ISSN  0031-9007. PMID  16090451. S2CID  2651690.
  6. ^ abc Ma, Xiongfeng; Qi, Bing; Zhao, Yi; Lo, Hoi-Kwong (20 июля 2005 г.). "Practical Decoy state for quantum key distribution". Physical Review A. 72 ( 1). Американское физическое общество (APS): 012326. arXiv : quant-ph/0503005 . Bibcode : 2005PhRvA..72a2326M. doi : 10.1103/physreva.72.012326. ISSN  1050-2947. S2CID  836096.
  7. ^ Чжао, И; Ци, Бин; Ма, Сюнфэн; Ло, Хой-Квонг; Цянь, Ли (22 февраля 2006 г.). "Экспериментальное квантовое распределение ключей с ложными состояниями". Physical Review Letters . 96 (7). Американское физическое общество (APS): 070502. arXiv : quant-ph/0503192 . Bibcode : 2006PhRvL..96g0502Z. doi : 10.1103/physrevlett.96.070502. ISSN  0031-9007. PMID  16606067. S2CID  2564853.
  8. ^ Чжао, И; Ци, Бин; Ма, Сюнфэн; Ло, Хой-квонг; Цянь, Ли (2006). «Моделирование и реализация распределения квантовых ключей ложного состояния по телекоммуникационному волокну длиной 60 км». Международный симпозиум IEEE по теории информации 2006 г. IEEE. стр.  2094–2098 . arXiv : quant-ph/0601168 . doi :10.1109/isit.2006.261920. ISBN 1-4244-0505-X.
  9. ^ Розенберг, Данна; Харрингтон, Джим В.; Райс, Патрик Р.; Хискетт, Филип А.; Петерсон, Чарльз Г.; Хьюз, Ричард Дж.; Лита, Адриана Э.; Нам, Сэ Ву; Нордхолт, Джейн Э. (5 января 2007 г.). "Распределение квантового ключа на больших расстояниях в оптоволокне с ложным состоянием". Physical Review Letters . 98 (1). Американское физическое общество (APS): 010503. arXiv : quant-ph/0607186 . Bibcode : 2007PhRvL..98a0503R. doi : 10.1103/physrevlett.98.010503. ISSN  0031-9007. PMID  17358462. S2CID  1082713.
  10. ^ Шмитт-Мандербах, Тобиас; Вайер, Хеннинг; Фюрст, Мартин; Урсин, Руперт; Тифенбахер, Феликс; Шайдль, Томас; Пердигес, Йозеп; Содник, Зоран; Курцифер, Кристиан; Рэрити, Джон Г.; Цайлингер, Антон; Вайнфуртер, Харальд (5 января 2007 г.). "Экспериментальная демонстрация распределения квантовых ключей в свободном пространстве на расстоянии 144 км". Physical Review Letters . 98 (1). Американское физическое общество (APS): 010504. Bibcode : 2007PhRvL..98a0504S. doi : 10.1103/physrevlett.98.010504. ISSN  0031-9007. PMID  17358463. S2CID  15102161.
  11. ^ 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. doi : 10.1103/physrevlett.98.010505. ISSN  0031-9007. PMID  17358464. S2CID  45259447.
  12. ^ Юань, ZL; Шарп, AW; Шилдс, AJ (2007). «Безусловно безопасное одностороннее распределение квантового ключа с использованием ложных импульсов». Applied Physics Letters . 90 (1). AIP Publishing: 011118. arXiv : quant-ph/0610015 . Bibcode : 2007ApPhL..90a1118Y. doi : 10.1063/1.2430685. ISSN  0003-6951. S2CID  20424612.
  13. ^ Шамс Мусави, SH; Галлион, P. (24 июля 2009 г.). "Распределение квантового ключа в ложном состоянии с использованием гомодинного обнаружения". Physical Review A. 80 ( 1). Американское физическое общество (APS): 012327. arXiv : 1411.6155 . Bibcode : 2009PhRvA..80a2327S. doi : 10.1103/physreva.80.012327. ISSN  1050-2947. S2CID  119274803.
  14. ^ Адачи, Ёритоши; Ямамото, Такаши; Коаши, Масато; Имото, Нобуюки (2 ноября 2007 г.). «Простое и эффективное квантовое распределение ключей с параметрическим преобразованием вниз». Physical Review Letters . 99 (18): 180503. arXiv : quant-ph/0610118 . Bibcode : 2007PhRvL..99r0503A. doi : 10.1103/physrevlett.99.180503. ISSN  0031-9007. PMID  17995389. S2CID  38698156.
  15. ^ Ma, Xiongfeng; Lo, Hoi-Kwong (9 июля 2008 г.). "Квантовое распределение ключей с запуском параметрических источников преобразования с понижением частоты". New Journal of Physics . 10 (7): 073018. arXiv : 0803.2543 . Bibcode : 2008NJPh...10g3018M. doi : 10.1088/1367-2630/10/7/073018 . ISSN  1367-2630.
  • Мировой научный
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Decoy_state&oldid=1166970021"