[發(fā)明專(zhuān)利]基于單光子的不要求經(jīng)典通信者具備測(cè)量能力的半量子對(duì)話(huà)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710978679.5
• 申請(qǐng)日: 2017-10-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107517101B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉天語(yǔ);葉崇強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江工商大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04L9/08
• 分類(lèi)號(hào): H04L9/08
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提出一種基于單光子的不要求經(jīng)典通信者具備測(cè)量能力的半量子對(duì)話(huà)方法，實(shí)現(xiàn)一個(gè)量子通信者和一個(gè)經(jīng)典通信者之間的雙向通信。針對(duì)外在Eve的主動(dòng)攻擊的安全性是由經(jīng)典通信者的置亂操作、現(xiàn)有半量子密鑰分配方法的完全魯棒性以及經(jīng)典一次一密加密來(lái)保證。量子通信者對(duì)每?jī)蓚€(gè)相鄰信息單光子的經(jīng)典基測(cè)量使得她與經(jīng)典通信者共享它們的初態(tài)，從而使本發(fā)明的方法能夠克服信息泄露問(wèn)題。本發(fā)明的方法相比于傳統(tǒng)無(wú)信息泄露量子對(duì)話(huà)方法的優(yōu)勢(shì)在于它只要求一個(gè)通信者具備量子能力。與現(xiàn)有半量子對(duì)話(huà)方法相比，本發(fā)明方法的優(yōu)勢(shì)在于采用單光子而非兩光子糾纏態(tài)作為量子載體。本發(fā)明的方法目前具有良好的實(shí)際可執(zhí)行性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及量子密碼學(xué)領(lǐng)域。本發(fā)明設(shè)計(jì)一種基于單光子的不要求經(jīng)典通信者具備測(cè)量能力的半量子對(duì)話(huà)方法，實(shí)現(xiàn)一個(gè)量子通信者和一個(gè)經(jīng)典通信者之間的雙向通信。

背景技術(shù)

量子密碼，誕生于Bennett和Brassard在1984年提出的具有前瞻性的量子密鑰分配(Quantumkey distribution，QKD)方法[1]，利用量子力學(xué)的性質(zhì)而非數(shù)學(xué)問(wèn)題的計(jì)算復(fù)雜性來(lái)達(dá)到無(wú)條件安全。量子密碼已經(jīng)吸引了許多注意力并確立許多有趣的分支，如QKD[1-5]、量子安全直接通信(Quantum secure direct communication，QSDC)[6-13]、量子秘密共享(Quantum secret sharing，QSS)[14-18]等。

QKD致力于利用量子信號(hào)的傳送在兩個(gè)遠(yuǎn)距離通信者之間建立一個(gè)隨機(jī)密鑰序列，而QSDC聚焦于將一個(gè)秘密消息從一個(gè)通信者直接傳送到另一個(gè)通信者而無(wú)需事先建立一個(gè)隨機(jī)密鑰序列。在2004年，為了實(shí)現(xiàn)來(lái)自?xún)蓚€(gè)通信者的秘密消息的相互交換，Zhang和Man[19-20]以及Nguyen[21]分別獨(dú)立提出量子對(duì)話(huà)(Quantum dialogue，QD)這一新概念。QD極大地激發(fā)起研究者們的興趣。然而，早期的QD方法[19-27]總存在信息泄露問(wèn)題，意味著任何其他人無(wú)需發(fā)起任何主動(dòng)攻擊就能輕易地提取到關(guān)于兩個(gè)通信者秘密消息的一些有用信息。QD的信息泄露問(wèn)題是被Gao等[28]以及Tan和Cai[29]在2008年分別獨(dú)立發(fā)現(xiàn)。隨后，研究者們迅速轉(zhuǎn)向研究如何解決QD的信息泄露問(wèn)題。到目前為止，許多優(yōu)秀的方法已經(jīng)被提出來(lái)，如輔助量子態(tài)的直接傳送[30-37]、Bell態(tài)的提取相關(guān)性[38]、控制非操作和輔助單光子[39]、量子糾纏態(tài)糾纏交換產(chǎn)生的測(cè)量相關(guān)性[40-41]、量子糾纏態(tài)糾纏交換結(jié)果集合編碼[34-36]、量子加密共享[42-43]、輔助量子操作[44]以及量子糾纏態(tài)的測(cè)量相關(guān)性[45]。

在2007年，利用著名的BB84方法[1]，Boyer等[46]提出首個(gè)半量子密碼方法(即BKM2007方法)，只允許一個(gè)通信者具備量子能力。在BKM2007方法中，接收者Bob被受限于在量子信道執(zhí)行以下操作：(a)發(fā)送或不帶干擾地返回量子比特；(b)用固定的正交基{|0>,|1>}測(cè)量量子比特；(c)制備(新的)量子比特處于固定的正交基{|0>,|1>}。在2009年，Boyer等[47]利用單光子構(gòu)建了一個(gè)基于置亂的半量子密鑰分配(Semi-quantumkeydistribution，SQKD)方法，其中接收者Bob被受限于執(zhí)行(a)、(b)和(d)(利用不同延遲線(xiàn))重新排序量子比特。根據(jù)文獻(xiàn)[46-47]方法的定義，正交基{|0>,|1>}可被視為經(jīng)典基并用經(jīng)典記號(hào){0,1}代替，因?yàn)樗簧婕傲孔颖忍貄0>和|1>而非任何量子疊加態(tài)。而且，接收者Bob被受限于執(zhí)行以上(a)、(b)、(c)和(d)四種操作，可被視為經(jīng)典的。顯然，不同于傳統(tǒng)量子密碼要求所有通信者都具備量子能力，半量子密碼允許部分通信者具備經(jīng)典能力而非量子能力以致于她們不需要涉及量子疊加態(tài)的制備和測(cè)量。因此，半量子密碼有利于部分通信者減輕量子態(tài)制備和測(cè)量的負(fù)擔(dān)。