[發明專利]基于任意兩個GHZ態糾纏交換結果集合編碼的無信息泄露雙向量子安全直接通信協議

有效

• 申請號: 201310225962.2
• 申請日: 2013-06-03
• 公開（公告）號: CN103338187A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 葉天語
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及量子安全通信領域。本發明設計一種基于任意兩個GHZ態糾纏交換結果集合編碼的無信息泄露雙向量子安全直接通信(Bidirectional?Quantum?Secure?Direct?Communication，BQSDC)協議，使得遠距離合法通信雙方能夠安全交換他們彼此的秘密信息而無需擔心信息泄露問題。

背景技術

量子通信已經成為量子力學最重要的應用之一，并且已經吸引了許多注意力。作為量子通信的一個分支，量子密鑰分配(Quantum?Key?Distribution，QKD)致力于在遠距離合法通信雙方之間建立一個無條件安全的共享密鑰。自從第一個QKD被Bennett和Brassard[1]在1984年提出后，許多不錯的QKD協議[2-4]也已經被提出來。接著，量子安全直接通信(Quantum?Secure?Direct?Communication，QSDC)也被提出來，其目標在于通過量子信道直接傳送秘密信息而無需事先建立一個密鑰對其進行加密。在2002年，一個早期的QSDC被Beige等提出來[5]，但仍然需要傳送額外的經典信息才能讀取每量子比特攜帶的秘密信息。接著，Bostrom等[6]利用Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)對的超密編碼思想提出著名的Ping-Pong協議。在2003年，Deng等[7]基于Bell態提出一個兩步QSDC協議。在2004年，Cai等[8]將兩個額外的酉操作引入到Ping-Pong協議來提高其容量。在2005年，Wang等[9]基于多粒子GHZ態提出一個多步QSDC協議。在最近幾年，QSDC已經得到迅速發展[10-14]。

然而，在2004年，Zhang等[15-17]和Nguyen[18]指出許多已提出的QSDC協議是信息單向傳輸通信協議，并提出了BQSDC這一新概念來實現雙向通信。接著，Man等[19]發現Nguyen的協議[18]無法抵抗截獲-重發攻擊并相應提出了一個改進方法。在2006年，Jin等[20]提出一個利用單個GHZ態的三方同時QSDC；Man和Xia[21]提出一個利用單個GHZ態的受控BQSDC；Ji和Zhang[22]提出一個利用單個單光子的量子對話協議；Man等[23]提出一個基于GHZ態糾纏交換的量子對話協議。在2007年，Man和Xia[24]發現Jin的協議[20]有信息確定性泄露問題，并針對這一問題提出了一個解決方法；Chen等[25]提出一個基于Bell態糾纏交換的BQSDC協議；Yang等[26]提出一個基于單個單光子的近似安全的量子對話協議。在2008年，Gao等[27]從信息論和密碼學的角度指出Jin的協議[20]和Man的改進協議[24]存在信息泄露問題；Gao等[28]指出Nguyen的協議[18]、Man的協議[19]、Ji的協議[22]和Man的協議[23]也存在信息泄露問題；Tan等[29]從Holevo界的角度分析了Nguyen的協議[18]中的信息泄露問題。在2009年，Shan等[30]提出一個基于腔QED兩個Bell態糾纏交換的量子對話協議；Shi等[31]利用一個正常Bell態和一個輔助Bell態提出一個無信息泄露BQSDC。在2010年，Shi等[32]利用一個單光子和一個輔助單光子提出一個無信息泄露量子對話協議；Shi[33]提出一個利用Bell態的相關提取性質和一個輔助粒子克服信息泄露問題的BQSDC協議；Gao[34]提出兩個基于兩個Bell態糾纏交換的無信息泄露量子對話協議。在2013年，Ye和Jiang[35]提出兩種方法以解決Man的協議[21]中的信息確定性泄露問題。事實上，文獻[15-16，25-26，30，35]中的所有協議也都有信息泄露問題。正如以上分析的那樣，可以下結論的是：既然大量BQSDC協議[15-16，18-26，30，35]都存在信息泄露問題，信息泄露問題已經成為BQSDC的一個巨大安全威脅。而且，更仔細的分析可以發現，上述BQSDC協議[15-16，18-26，30-35]中秘密信息交換的數量仍然不夠大。

基于以上分析，本發明提出一種基于任意兩個GHZ態糾纏交換結果集合編碼的無信息泄露BQSDC協議，使得遠距離合法通信雙方能夠安全交換他們彼此的秘密信息而無需擔心信息泄露。該協議利用一個共享的秘密GHZ態來克服信息泄露問題，而且每輪通信能夠傳送六比特秘密信息。相比于已提出的BQSDC協議，該協議的優勢在于同時具備如下兩個特征：一方面，它能克服信息泄露問題；另一方面，它的容量高達六比特每輪通信。

參考文獻