[發明專利]基于環式結構的多方量子密鑰協商協議

有效

• 申請號: 201611181777.8
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106712936B
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 黃偉;徐兵杰;段霽桐;何遠杭;樊礬;楊杰;劉金璐
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十研究所
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 鄧世燕

1.一種基于環式結構的多方量子密鑰協商方法，其特征在于：參與者協商密鑰的步驟如下：

步驟一、每個參與者制備單光子序列發送給各自的下一個參與者：

(1)參與者P_i制備一串由m個單光子態組成的有序序列S_i，其中S_i中的每一個光子都隨機地處于{|0>,|1>,|+>,|->}四個狀態之一，其中

(2)P_i將制備好的單光子序列S_i發送給下一個參與者；

步驟二、每當接收到前一個參與者發送給自己的單光子序列后，該參與者利用幺正操作編碼生成新序列發送給其下一個參與者：

(1)P_i+1將自己的子密鑰序列K_i+1和控制序列C_(i+1)i編碼到S_i上：

設S_i的第j個光子為如果K_i+1和C_(i+1)i的第j個光子是00/10/01/11，則P_i+1在上執行幺正操作其中p是一個小于n的素數，且

操作F和作用到單光子態|0>、|1>、|+>和|->上的效果如下：

F|0>＝|1>,F|1>＝-|0>,F|+>＝-|->,F|->＝|+>,

當P_i+1對S_i中的所有光子都執行了相應的幺正操作以后，得到新的光子序列S_i(i+1)，并將S_i(i+1)發送給P_i+2；

步驟三、重復步驟二的操作，直至每一個參與者都收到自己最初在步驟一中制備的單光子序列；至此，每一個參與者都公開自己的n-1串控制比特序列；

步驟四、每個參與者P_i(i＝1,2,...,n)通過執行幺正操作來抵消其它n-1個參與者作用在序列S_{i(i+1)...(i-1)}中每個光子上的控制操作；隨后利用相應的測量基對執行了抵消操作的單光子態進行測量，然后從測量結果中提取出比特串；參與者利用該比特串中的部分比特值進行竊聽檢測，若不存在竊聽，則利用剩余的比特值推斷出最終密鑰并利用從全局哈希函數簇中隨機選取的哈希函數驗證各參與者手中的最終密鑰是否相等，其中：

A)每個參與者P_i(i＝1,2,...,n)提取用于檢測竊聽和生成最終密鑰的比特串的方法為：

(1)參與者P_i(i＝1,2,...,n)通過執行幺正操作來抵消其它n-1個參與者作用在序列S_{i(i+1)...(i-1)}中每個光子上的控制操作；

(2)執行完所有的抵消操作以后，P_i(i＝1,2,...,n)對S_{i(i+1)...(i-1)}中的每一個光子進行測量：如果該光子的初始狀態為|0>或|1>，則使用Z＝{|0>,|1>}基測量；如果該光子的初始狀態為|+>或|->，則使用X＝{|+>,|->}基測量；

(3)如果S_{i(i+1)...(i-1)}的第j個光子的測量結果和該光子的初始狀態相同，則比特串的第j位的值為0；如果第j個光子的測量結果和該光子的初始狀態相反，則的第j位的值為1；然后P_i利用計算得到比特串

B)每個參與者P_i(i＝1,2,...,n)利用比特串檢測竊聽和生成最終密鑰的方法為：

(1)所有n個參與者共同從根據測量結果提取出的比特串中選取δ個位置進行竊聽檢測，具體方法為：參與者P₁從中選取選擇個位置并公開這些位置的比特值，同時要求其它n-1個參與者公布自己手中比特串中相應位置的比特值用于比對；參與者P₂從中剩余的個位置中隨機選擇個位置并公開這些位置的比特值，同時要求其它n-1個參與者公布自己手中比特串中相應位置的比特值用于比對；依次按照這種方式，參與者P_i(i＝3,...,n-1)從中剩余的個位置中隨機選擇個位置并公開這些位置的比特值，同時要求其它n-1個參與者公布自己手中比特串中相應位置的比特值用于比對；參與者P_n從中剩余的個位置中隨機選擇個位置并公開這些位置的比特值，同時要求其它n-1個參與者公布自己手中比特串中相應位置的比特值用于比對；最后，所有參與者根據他們合作選出的這δ個位置的比對結果計算誤碼率，并根據計算所得誤碼率判斷是否存在竊聽；

(2)如果不存在竊聽，則每個參與者P_i(i＝1,2,...,n)丟棄比特串中已經用于檢測竊聽的δ個位置，剩余的n-δ個位置上的比特值就構成了其手中的最終密鑰

2.根據權利要求1所述的基于環式結構的多方量子密鑰協商方法，其特征在于：利用從全局哈希函數簇中隨機選取的哈希函數驗證各參與者手中的最終密鑰是否相等的方法為：參與者隨機地從全局哈希函數簇中選取一個哈希函數h:{0,1}^*→{0,1}^s，然后每一個參與者P_i(i＝1,2,...,n)都利用這個哈希函數來計算自己手中的最終密鑰的哈希值λ是由協議參與者合作生成的一個隨機數，它是由所有n個參與者分別生成的隨機數通過異或運算得到的；最后，所有的參與者通過比對各自計算得到的哈希值來判斷他們手中的最終密鑰是否相等；如果相等，則最終密鑰被記為K。