[發明專利]一種可擴展多用戶集量子密鑰共享方法

有效

• 申請號: 201711116570.7
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107682154B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 姜敏;曹剛;王宏基;黃旭;孫兵
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

1.一種可擴展多用戶集量子密鑰共享方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1) 密鑰Ka 的原始持有方為Alice，密鑰Ka的二進制長度為p，共享用戶分為m個共享用戶集，每一共享用戶集至少有一個共享用戶；Alice制備一組m 粒子的初始的GHZ 態和W態；

以m 粒子GHZ 態表示二進制數0，m 粒子W 態表示二進制數1，根據需要共享的密鑰Ka的長度p 和內容，Alice 從已經制備好的GHZ 態和W態中選取p 個作為密鑰Ka的載體，其中，當密鑰的二進制序列對應位置為0 時，選取m 粒子GHZ 態作為載體；當密鑰的二進制序列對應位置為1 時，選取m 粒子W 態作為載體；

(2) 進行擴展操作，對每個共享用戶集，當其中的共享用戶數大于1個時，引入輔助粒子，執行CNOT 操作，將原來用1個粒子表示的共享用戶集擴展成對應于該共享用戶集中的用戶數的粒子表示，獲得n粒子GHZ態和W態，其中，，k₁、k₂、…、k_m分別為第1至m個共享用戶集中的共享用戶數；

擴展操作的方法為，令第一個共享用戶集需要位共享用戶，，則Alice引入初始狀態為的個輔助比特，再以第一個共享用戶集中的初始比特為控制比特，為目標比特，執行CNOT操作，最終得到的共享態形式如下所示：

其中

m個共享用戶集都需要擴展，且第一個用戶集需要k₁個用戶， 第二個用戶集需要k₂個用戶，以此類推，第m個用戶集需要k_m個用戶；對這m個用戶集進行擴展，分別引入、個初始狀態為的輔助比特，然后執行相應的CNOT 操作，具體的步驟和對第一個共享用戶集的處理方法相同；

(3) Alice 在擴展后的p 個GHZ 態和W態的相同位置提取粒子， 組成長度為p的n個量子序列，稱為原始數據序列，Alice 分別向這n個原始數據序列中隨機地插入誘餌單光子序列，形成傳輸數據序列，誘餌單光子隨機地從 四種狀態中選取，其中，，最后，Alice 將這n個傳輸數據序列分別發送給m個共享用戶集中的每一個用戶i；

(4) 確認用戶i 接收到傳輸數據序列后，Alice 向每一位共享用戶公布量子序列中誘餌單光子的位置，同時公布相應的測量基，其中、采用Z基測量，、選取X基測量，用戶根據Alice 公布的信息提取出誘餌單光子，并采用相應的測量基進行測量得到測量結果，隨后，用戶將測量結果發送給Alice，Alice通過提前設定的閾值來檢測是否存在竊聽者，如果錯誤率低于預設的閾值，表示沒有竊聽者，繼續執行下一步；否則，如果錯誤率超出了提前設定的閾值，則放棄本次共享，重新開始步驟(1)；

(5) 用戶i 丟棄誘餌單光子得到實際數據序列，然后以Z 基為基底測量實際數據序列，對測量結果進行編碼，其中，測量結果為時編碼為二進制數0，測量結果為時編碼為二進制數1，經過測量編碼，每位共享用戶分別得到一個長度為p 的二進制數序列；

(6) 每個共享用戶集中各有1 名可信的共享用戶參與合作，通過經典安全信道將得到的二進制數序列的對應位置逐一進行比較，若所有參加合作的共享用戶對應位置上的二進制數相同，則相應位置上的密鑰為0；若參加合作的共享用戶對應位置上的二進制數出現不同，則相應位置上的密鑰為1，由此所有參加合作的共享用戶均獲得長度為p的密鑰Ka。