黄观金,周华旭,陈创波,高鹏,凌杰

(1南方电网调峰调频发电有限公司信息通信分公司,广东 广州 510700;2安徽问天量子科技股份有限公司,安徽 芜湖 210042)

0 引言

1984年,IBM信息物理学家Bennett与加拿大蒙特利尔大学教授Brassard提出历史上第一个量子密钥分发(QKD)协议,简称BB84协议。此后,无论是理论与安全性证明,还是试验与应用均取得了长足的进展。其中,我国在QKD领域一直走在世界的前列。2009年,郭光灿小组建成了世界上首个量子政务网-芜湖“量子政务网”,在量子密码的实用化道路上建立了第一个里程碑,标志着我国量子保密通信技术已具备应用水平。2016年8月,我国成功发射全球首颗量子通信科学实验卫星“墨子号”。“墨子号”卫星在世界上首次实现了1200 km低轨卫星和地面站间量子密钥分发,突破了传输距离的极限,并在星地之间1400 km链路完成单光子量子比特隐形传态,为超远距离量子通信组网奠定了基础。

QKD采用两组非正交量子态作为信息载体,在通信双方实现对称密钥分发,其安全性由量子不可分割、测不准原理、未知量子态不可精确测量等量子力学原理保证,具有信息论可证明安全性。再结合一次一密方案可以实现无条件安全的保密通信。QKD分发主要包含以下几个阶段:量子信号制备、传输与测量、对基、纠错和安全增强等。在安全增强中需要使用通用哈希函数对密钥进行压缩,提取出安全密钥,其具体实现包括基于模算术、基于二元矩阵乘法和基于有限域乘法的安全增强方法,主要的计算复杂度分别在于大整数乘法、二元矩阵乘法和有限域上多项式乘法。……