环回差分相移量子密钥分配协议的关键理论及其应用研究

Round-Robin Differential Phase Shift Quantum Key Distribution (RRDPS-QKD) protocol is a new type QKD protocol. The most interesting feature of this protocol is that it does not need monitoring of disturbance to guarantee the security. It can also tolerate higher bit error rate comparing with the previous QKD protocols, and has enormous potential value. In this project, we intend to research the theory of the security of practical RRDPS-QKD protocol to increase the secret key generation rate and the transmission distance against source flaws, to improve the protocol to defeat the side channel attack with the help of the Measurement Device Independent technology due to the imperfect measurement device, and to design more practical protocols which can satisfy the security needs in different scenarios on the basis of the current technical conditions.

环回差分相移量子密钥分配(RRDPS-QKD)协议是目前最为新颖的量子密钥分配协议，与传统的QKD协议相比较，该协议具有无需监测环境对光子信号参数造成扰动的特点，并能容忍更高的错误率，具有十分巨大的潜在应用价值。本项目拟研究RRDPS-QKD协议的实际安全性方面的关键理论，完善非完美光源下协议的安全模型，提高密钥生成率与传输距离，同时融合测量设备无关技术改进现有协议，克服针对不可信测量设备而进行的侧信道攻击，并以此为基础结合现有技术条件，增强可满足具体应用场景需求的协议的可实用性。

回差分相移量子密钥分配(RRDPS-QKD)协议是目前较为新颖的量子密钥分配协议，与传统的QKD协议相比较，该协议具有无需监测环境对光子信号参数造成扰动的特点，并能容忍更高的错误率，具有十分巨大的潜在应用价值。本项目针对RRDPS-QKD协议的理论与应用开展研究，完成了四方面的研究工作：1.基于RRDPS量子不经意密钥传输方案，设计了一个量子匿名认证密钥交换协议。该协议实现了用户和服务器之间的双向认证，满足用户匿名性和会话密钥安全性，能偶有效抵抗身份冒充攻击，且能够方便地加入和撤销成员。2. 提出了一种基于RRDPS的量子身份认证协议，协议可充分利用现有RRDPS通讯线路来实现通信双方身份的认证，可有效抵抗中间人攻击，保护身份认证密钥的安全。3.针对RRDPS协议等效协议对随机数安全性的依赖，设计了一种可满足实际应用高速量子随机数生成方案，方案以激光器相位波动为量子熵源，通过自循环干涉进行随机性提取，实时生成速率可达5.4Gbps，可进一步提升RRDPS协议在实际应用中的安全性和速率。4.提出了可兼顾安全性和公平性的多方量子密钥协商（QKA）协议，协议基于单光子巡回模式完成，并利用了联合联合检测窃听技术，在现有技术条件下具有更高的实现可行性和密钥生成效率，同时协议不仅可以抵抗外部攻击者的窃听，还能有效防止内部参与者的欺骗。