[發(fā)明專利]基于三粒子GHZ態(tài)的兩方量子密鑰協(xié)商協(xié)議

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510687524.7
• 申請日: 2015-10-21
• 公開（公告）號: CN105490804A
• 公開（公告）日: 2016-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何業(yè)鋒;侯紅霞
• 申請（專利權(quán)）人: 西安郵電大學(xué)
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08
• 代理公司: 西安恒泰知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61216
• 代理人: 王芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于量子通信領(lǐng)域，具體涉及一種量子密鑰協(xié)商(Quantumkeyagreement)協(xié)議，特別是一種基于三粒子GHZ態(tài)的兩方量子密鑰協(xié)商協(xié)議。

背景技術(shù)

量子密碼是通信和網(wǎng)絡(luò)安全的新技術(shù)，它的安全性是由量子力學(xué)基本原理保證的。與傳統(tǒng)密碼大多是計算安全的不同，量子密碼能實現(xiàn)無條件安全，由此吸引了大量關(guān)注。量子密鑰協(xié)商(QKA)協(xié)議是量子密碼的一個新的重要分支，它允許參與者通過公開的量子信道協(xié)商一個經(jīng)典的共享秘密密鑰，并且各個參與者的貢獻是相同的，任何一個參與者或參與者構(gòu)成的子集都不能獨立的確定該共享密鑰。利用量子密鑰協(xié)商(QKA)協(xié)議建立的共享秘密密鑰和一次一密的加密算法，通信雙方能夠?qū)崿F(xiàn)無條件安全的保密通信。

現(xiàn)有大多數(shù)量子密鑰協(xié)商協(xié)議是基于單粒子或Bell態(tài)，基于多粒子糾纏態(tài)的量子密鑰協(xié)議屈指可數(shù)，而且它們或者不能抵抗特羅伊木馬等外部攻擊，是不安全的，或者量子比特率太低。

D.S.Shen，W.P.MaandL.L.Wang在論文“Two-partyquantumkeyagreementwithfour-qubitclusterstates”(QuantumInf.Process.2014:2313-2324)中利用四粒子的團簇態(tài)提出了一個雙方QKA協(xié)議，此協(xié)議具有較高量子比特效率。協(xié)議的具體步驟是：第一，通信雙方A和B各自生成一些四粒子的團簇態(tài)。通信方A(通信方B)將由團簇態(tài)中的第三個(第一個)粒子構(gòu)成的序列插入誘騙光子后發(fā)給通信方B(通信方A)，并保留且它粒子序列。第二，通信雙方收到相應(yīng)的粒子序列后，一起執(zhí)行竊聽監(jiān)測。第三，通信雙方就各自收到的粒子序列執(zhí)行自己的幺正變換。然后插入誘騙光子后將其互發(fā)給對方。第四，通信雙方收到相應(yīng)的粒子序列后，一起執(zhí)行竊聽監(jiān)測。第五，通信方A(通信方B)對由團簇態(tài)中的第一個(第三個)粒子構(gòu)成的序列執(zhí)行各自的幺正變換。然后雙方對各自的團簇態(tài)執(zhí)行團簇基的測量，雙方會得到相同的測量結(jié)果。根據(jù)編碼和測量結(jié)果的對應(yīng)即可得到共享的秘密密鑰。該協(xié)議存在不足之處是：由于該協(xié)議是一個Ping-Pong協(xié)議，即同一個粒子在量子信道中被傳輸了一個來回，因此該協(xié)議無法抵抗不可見光子竊聽(IPE)木馬攻擊和延遲光子木馬攻擊。

W.Huang，Q.Su，X.Wu，Y.B.LiandY.Sun在論文“Quantumkeyagreementagainstcollectivedecoherence”(Int.J.Theor.Phys.2014:2891-2901)中利用四粒子的DF態(tài)提出了一個能免疫聯(lián)合噪聲的雙方QKA協(xié)議。協(xié)議的具體步驟是：第一，通信方A生成兩個隨機比特串，一個作為共享密鑰的個人貢獻串，一個作為選擇測量基的控制串。第二，通信方A根據(jù)個人貢獻串和選擇測量基的控制串準備一個四粒子的DF態(tài)的序列，并插入誘騙光子后發(fā)給通信方B。第三，當(dāng)通信方B收到四粒子的DF態(tài)的序列后，雙方共同執(zhí)行竊聽監(jiān)測。若通過檢測，通信方B公布他的共享密鑰的個人貢獻串。第四，通信方A根據(jù)自己和通信方B的個人貢獻串，可以計算雙方的共享秘密密鑰。第五，通信方A公開他的選擇測量基的控制串。利用此控制串，通信方B可以測量所有DF態(tài)，根據(jù)測量結(jié)果可以得到通信方A的共享密鑰的個人貢獻串。因此，通信方B也能計算出雙方的共享秘密密鑰。該協(xié)議存在不足之處是：該協(xié)議的量子比特效率太低，它的量子比特效率僅為10％。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種基于三粒子GHZ態(tài)的兩方量子密鑰協(xié)商協(xié)議。

為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以解決：

一種基于三粒子GHZ態(tài)的兩方量子密鑰協(xié)商協(xié)議，具體包括如下步驟：

步驟1：Alice和Bob協(xié)商量子態(tài)的編碼；|φ⁺>_AB→0，|φ^->_AB→1，|+>_C→0，|->_C→1；

步驟2：Alice準備n+q個GHZ態(tài)|η>_ABC，并將所有粒子分成三個有序的序列：