[發明專利]基于邏輯Bell態的抗集體退相位噪聲認證量子對話方法

有效

• 申請號: 201410658400.1
• 申請日: 2014-11-18
• 公開（公告）號: CN104468117B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 葉天語
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: H04L9/32
• 分類號: H04L9/32;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邏輯Bell態的抗集體退相位噪聲認證量子對話方法，達到在集體退相位噪聲信道上在兩個參與者之間安全地同時實現相互身份認證和對話的目的。

背景技術

為了實現通過量子信號在兩個參與者之間進行秘密信息的直接傳送，Long和Liu[1]在2002年提出第一個量子安全直接通信(Quantum Secure Direct Communication，QSDC)方法(隨后被稱為態編碼兩步方法)。這個方法發明了量子數據塊傳輸這一思想。自從那時起，許多好的QSDC方法已經被構建出來[2-11]。

為了實現通過量子信號在兩個參與者之間進行秘密信息的雙向通信，Nguyen[12]和Zhang等[13-14]在2004年獨立提出量子對話(Quantum Dialogue，QD)的概念。此后，許多QD方法根據不同的量子技術被提出來[15-24]。不幸的是，它們總是存在被Gao等[25-26]在2008年發現的稱之為信息泄露的安全風險。實質上，QD的信息泄露問題產生于Tan和Cai[27]在2008年指出的經典相關。隨后，怎樣設計無信息泄露的QD方法迅速引起研究者們的興趣。這樣，許多好的抗信息泄露QD方法被設計出來[28-37]。

然而，上述所有的QD方法[12-24，28-37]只是工作在以下基礎上：通過經典信道傳輸的信息不能被竊聽和修改。一旦這種假設不成立，它們馬上面臨外在攻擊者扮演攻擊、中間人攻擊和修改攻擊等攻擊引起的嚴重的安全風險。這樣，一種特殊的稱之為認證量子對話(Authenticated Quantum Dialogue，AQD)的QD方法被Naseri[38]和Shen等[39]提出來以彌補這一缺陷。然而，正如Lin等[40]在2013年指出的，Shen等的方法[39]受到中間人攻擊威脅。Naseri的方法[38]在這類攻擊下也不例外。隨后，為了改進AQD的安全性，Lin等[41]提出一個基于Bell態的AQD方法，其中兩個參與者能夠安全地同時實現相互身份認證和對話。在Lin等的方法[41]中，兩種秘鑰被兩個參與者秘密地共享，其中第一種秘鑰用于制備初始Bell態。在這種情形下，兩個參與者預享初始Bell態。然而，在抗信息泄露QD領域，量子態的初態通常不被兩個參與者預享。Lin等的方法[41]的另一個缺點在于它只工作在理想信道。有必要指出的是，之前的抗信息泄露QD方法[28-37]也只可工作在理想信道。事實上，光子與實際環境之間的有害的耦合不可避免地存在。因此，信道噪聲的影響應當被考慮。正如文獻[42-43]指出的，假如光子在一個比噪聲變化更快的時間窗里傳輸，信道噪聲可被視為集體噪聲。第一種集體噪聲為集體退相位噪聲，總保持光子的水平極化態|0〉不變并且將光子的垂直極化態|1〉轉變為另一種噪聲為集體旋轉噪聲，總將|0〉和|1〉分別轉化為cosθ|0〉+sinθ|1〉和-sinθ|0〉+cosθ|1〉[46]。這里，和θ是相應的隨時間變化的噪聲參數。作為一種有效的抵抗集體噪聲的手段，不受噪聲影響的無消相干(Decoherence-Free，DF)態[42-54]已經被常用來設計抗噪聲量子密碼方法。例如，文獻[51]和文獻[53]的魯棒QD方法分別利用兩量子比特DF態的乘積態和兩量子比特DF態作為量子資源，文獻[54]的魯棒QD方法利用四量子比特DF態作為量子資源。

基于以上分析，本發明利用邏輯Bell態(一種四量子比特DF態)作為量子資源提出一個基于邏輯Bell態的抗集體退相位噪聲AQD方法，其中通過經典信道傳輸的信息可被竊聽和修改。本發明所提出的方法能在集體退相位噪聲信道上在兩個參與者之間安全地同時實現相互身份認證和對話。與文獻[41]的方法類似，一種用于選擇樣本邏輯量子比特測量基的秘鑰事先被兩個參與者秘密地共享。Bell態測量而非四量子比特聯合測量被采用用于解碼。與文獻[54]的QD方法類似，兩個參與者借助于直接傳送輔助邏輯Bell態共享信息邏輯Bell態的初態。這樣，信息泄露問題被避免。來自Eve的扮演攻擊、中間人攻擊和修改攻擊都能被檢測到，而且木馬攻擊天然地被避免。

參考文獻

[1]Long G L，Liu X S，Phys Rev A，2002，65：032302

[2]Bostrom K，Felbinger T，Phys Rev Lett，2002，89：187902

[3]Deng F G，Long G L，Liu X S，Phys Rev A，2003，68：042317