[發明專利]量子通信擲硬幣方法及中繼系統

有效

• 申請號: 201711462164.6
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN107968685B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 趙良圓;薛夢馳;劉選斌;尹紀成;邱紅康;楊光;倪文強
• 申請（專利權）人: 江蘇亨通問天量子信息研究院有限公司
• 主分類號: H04B10/70
• 分類號: H04B10/70;H04B10/29;H04B10/85;H04L9/08
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 金相允

本發明提供一種量子通信擲硬幣方法及中繼系統，通過第一終端、中繼系統及第二終端之間的量子通信交互，由所述第一終端向所述中繼系統隨機發送預設量子態的光子，所述中繼系統對所述第一終端發送光子進行測量，所述第二終端產生隨機數發送給第一終端，然后中繼系統將測量結果發送給所述第二終端，最后所述第一終端與第二終端根據量子態制備信息、測量結果及所述隨機數進行相同的擲硬幣計算得到統一的擲硬幣結果值。如此，可以保證擲硬幣結果的隨機性，同時防止擲硬幣結果被第三方竊聽，可以大大提高擲硬幣結果的可靠性和安全性。

技術領域

本發明涉及量子通信技術領域，具體而言，涉及一種量子通信擲硬幣方法及中繼系統。

背景技術

擲硬幣協議是一種基礎通信協議，遠距離通信雙方可以通過擲硬幣協議獲得一個統一且隨機的擲硬幣結果(例如，結果為0或1的比特值)，保證擲硬幣的結果對雙方都是公平的，即不受任何一方控制。擲硬幣協議是多方安全計算協議的基礎，保證擲硬幣結果的隨機性和不可篡改性對于協議的正確執行和安全性十分重要。然而，現有技術的擲硬幣協議基于未被證明的數學難題，例如大數分解難題，其安全性是由計算復雜度來保證的。隨著計算機計算能力的不斷提高，乃至量子計算機的出現，或者出現可以快速破解的算法，那么現有擲硬幣協議將完全不安全，也就是說其中一方可以完全控制擲硬幣結果，不再是通信雙方共同決定擲硬幣結果的值了，從而影響擲硬幣結果的隨機性。而且，現有擲硬幣協議的擲硬幣結果有可能被第三方竊取。

發明內容

為了克服現有擲硬幣技術中的上述不足，本發明的目的在于提供一種量子通信擲硬幣方法，應用于量子通信系統，所述量子通信系統包括第一終端、中繼系統及第二終端；所述方法包括：

所述第一終端依次產生多個光子發送給所述中繼系統，并記錄制備每個所述光子使用的制備基、制備比特值及發送序列號，其中，每個所述光子由所述第一終端在至少兩個預設的制備基中隨機選取一個產生；

所述中繼系統依次在多個測量基中隨機選取一個對所述第一終端發送的光子進行測量，并記錄每次測量選用的測量基、測量獲得的測量比特值及接收序列號，其中，每個所述測量基與所述制備基中的一個相同；

所述中繼系統將第一次成功測量到的光子作為目標光子，告知第二終端已得到目標光子，并將所述目標光子的接收序列號發送給所述第一終端；

所述第二終端產生一隨機數加密后發送給所述第一終端；

所述中繼系統將所述目標光子對應的測量基及測量比特值加密后發送給第二終端；

所述第一終端根據所述接收序列號查找制備該目標光子使用的制備基及制備比特值，將所述制備基及制備比特值加密后發送給所述第二終端，并根據所述隨機數及所述制備比特值進行擲硬幣計算得到擲硬幣結果值；

所述第二終端根據所述測量基及測量比特值對接收到的所述制備基及制備比特值的真實性進行校驗，在校驗通過后，根據所述隨機數及所述制備比特值進行相同的所述擲硬幣計算得到擲硬幣結果值。

可選地，在上述方法中，所述方法還包括：

所述第一終端與所述中繼系統預先通過量子密鑰協商得到第一量子密鑰，所述第一終端與所述中繼系統之間的通信通過所述第一量子密鑰進行加密；

所述第二終端與所述中繼系統預先通過量子密鑰協商得到第二量子密鑰，所述第二終端與所述中繼系統之間的通信通過所述第二量子密鑰加密；

所述中繼系統通過所述第二量子密鑰進行密鑰中繼，使所述第一終端與所述第二終端共享所述第一量子密鑰，所述第一終端與所述第二終端之間的通信通過所述第一量子密鑰加密。