[發(fā)明專利]基于Bell態(tài)的半量子安全直接通信方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810608889.X
• 申請日: 2018-06-13
• 公開（公告）號: CN108881215B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 閆麗麗;張仕斌;昌燕;盛志偉
• 申請（專利權(quán)）人: 成都信息工程大學(xué)
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04L9/08;H04B10/70
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11212
• 代理人: 談杰

1.一種半量子安全直接通信方法，其特征在于，所述半量子安全直接通信方法為：

第一參與用戶負責(zé)制備2n個Bell態(tài)量子序列，提取每個Bell態(tài)中的一個粒子組成粒子序列發(fā)送給第二參與用戶；

第二參與用戶收到量子后，隨機選擇其中n個粒子作為檢測粒子，用于檢測外部竊聽者；另外n個粒子用于加載秘密信息；第二參與用戶對檢測粒子進行隨機操作，并利用剩余粒子編碼秘密信息；

第二參與用戶對生成的粒子序列，亂序處理后發(fā)送給第一參與用戶；第一參與用戶收到后，利用檢測粒子檢測是否存在竊聽者，如未發(fā)現(xiàn)竊聽者，第一參與用戶通過對量子的測量、分析，最終獲得第二參與用戶發(fā)送的秘密信息；

其中四個Bell態(tài)分別為和

2.如權(quán)利要求1所述的半量子安全直接通信方法，其特征在于，所述半量子安全直接通信方法包括：

步驟一，第一參與用戶制備2n個Bell態(tài)，其中n為秘密信息的長度；提取每個Bell態(tài)中的第一個和第二個粒子，按照順序排列，所有Bell態(tài)的第一個粒子形成的量子序列為S₁，所有Bell態(tài)的第二個粒子形成的量子序列為S₂；第一參與用戶保存S₁，將S₂發(fā)送給第二參與用戶，S₁和S₂的長度都是2n；

步驟二，抵御特洛伊木馬攻擊(Trojan horse attack)中，為第二參與用戶添加光子分束器和波長濾波器設(shè)備；

步驟三，當(dāng)?shù)诙⑴c用戶收到量子序列S₂后，第二參與用戶隨機的選擇一半的n個粒子作為檢測光子；隨后，第二參與用戶對檢測光子隨機的執(zhí)行測量和反射操作；對另一半的n個粒子，第二參與用戶根據(jù)秘密信息m＝{m₁,m₂,……,m_n}選擇相應(yīng)的操作,如果m_i＝0，執(zhí)行測量操作，如果m_i＝1，執(zhí)行反射操作；第二參與用戶利用延遲技術(shù)，打亂粒子的發(fā)送順序，形成一個新的量子序列S′₂，除了第二參與用戶以外，其他人無法通過量子序列S′₂還原S₂，保證協(xié)議的安全性；

步驟四，第一參與用戶收到S′₂后，向外公布已成功收到所有粒子的消息；隨后，第二參與用戶公布S′₂中各個粒子的原有順序、檢測光子的位置和第二參與用戶對檢測光子所做的操作；

第一參與用戶重排粒子順序，隨后對收到的粒子和自己手中相應(yīng)位置的粒子執(zhí)行Bell聯(lián)合測量的操作，根據(jù)測量結(jié)果，第一參與用戶可以還原第二參與用戶對粒子所做的相應(yīng)操作；假設(shè)在量子序列中，第一參與用戶發(fā)送的某個粒子狀態(tài)的初始態(tài)為|φ⁺，如果第二參與用戶執(zhí)行了測量操作，第一參與用戶執(zhí)行聯(lián)合測量后，獲得的結(jié)果應(yīng)該是|ψ⁺或|ψ^-，而如果第二參與用戶執(zhí)行的是反射操作，第一參與用戶執(zhí)行聯(lián)合測量后，獲得的結(jié)果應(yīng)該是|φ⁺；第一參與用戶可以通過比較檢測光子的測量結(jié)果和第二參與用戶公布的相應(yīng)操作發(fā)現(xiàn)攻擊者，如果相應(yīng)的錯誤率超過了合理范圍，協(xié)議被終止，否則協(xié)議繼續(xù)執(zhí)行下一步；

步驟五，第一參與用戶根據(jù)對非檢測光子的測量結(jié)果，還原第二參與用戶發(fā)送的秘密信息，如第一參與用戶制備的初始態(tài)為|φ⁺，測量的結(jié)果為|ψ⁺或|ψ^-，則m_i＝0，測量結(jié)果為|φ⁺，則m_i＝1。

3.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，包括指令，當(dāng)其在計算機上運行時，使得計算機執(zhí)行如權(quán)利要求1-2任意一項所述的半量子安全直接通信方法。

4.一種如權(quán)利要求1所述的基于半量子安全直接通信方法的半量子安全直接通信系統(tǒng)，其特征在于，所述半量子安全直接通信系統(tǒng)包括：

量子制備模塊，具備強量子功能的第一參與用戶制備2n個Bell態(tài)；提取Bell態(tài)中所有第一個粒子和第二個粒子，按照順序排列分別形成量子序列S₁和S₂，將S₂發(fā)送給只具備基本量子功能的第二參與用戶；

接收者編碼模塊，第二參與用戶隨機選擇S₂中n個量子，根據(jù)秘密信息的值，對量子進行編碼，如果m_i＝0，執(zhí)行測量操作，如果m_i＝1，執(zhí)行反射操作；第二參與用戶對S₂中剩余的n個量子，隨機的執(zhí)行反射和測量操作；

接收者發(fā)送模塊，第二參與用戶打亂量子原有的順序，并將亂序后的量子序列發(fā)回給第一參與用戶；

竊聽檢測模塊，第一參與用戶宣布收到所有量子后，第二參與用戶公布量子序列中粒子的原有順序、竊聽粒子的位置及所做的相應(yīng)操作；第一參與用戶還原量子序列順序后，對收到的粒子和手中相應(yīng)位置的粒子做Bell聯(lián)合測量，根據(jù)測量結(jié)果檢測竊聽者；

秘密信息提取模塊，第一參與用戶在確定沒有竊聽者后，根據(jù)非竊聽粒子的測量結(jié)果和粒子的初始態(tài)，按位還原第二參與用戶發(fā)送的秘密信息，最終獲得第二參與用戶發(fā)送的所有秘密信息。