[發明專利]一種基于4粒子簇態的量子密鑰分發方法

有效

• 申請號: 201810641981.6
• 申請日: 2018-06-21
• 公開（公告）號: CN108923914B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 曹正文;宋丹;彭進業;曾貴華;柴庚;馮杰;賀晨
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 張明

本發明公開了一種基于4粒子簇態的量子密鑰分發方法，發送方Alice與接收方Bob分別獲得相同的共享密鑰，發送方Alice通過4粒子簇態與接收方Bob共享密鑰，接收方Bob接收到4個簇態粒子后直接對粒子分組測量，克服了量子比特存儲時間短的問題。當通信過程存在第三方竊聽時，本發明提供的通信方法的比特不一致率為37.5％。同時，在竊聽檢測率達到P_d＝0.999999999時，本發明需要傳輸44比特的密鑰比特作為檢測序列，相比于BB84協議具有更高的通信效率。

技術領域

本發明涉及一種量子密鑰分發方法，具體涉及一種基于4粒子簇態的量子密鑰分發方法。

背景技術

量子密碼是量子理論、信息科學和計算機科學相結合的產物，無條件安全性和對竊聽的可檢測性是量子密碼的兩個重要特征。量子密鑰分發不需要量子存儲，方便實驗上實現。

現有技術提出了確定性安全的量子密鑰分發協議，其中一種使用單粒子態進行量子密鑰分發的BB84協議，為保證信息的安全傳輸，發送方和接收方密鑰協商階段需要比對72個量子比特。另外，現有技術還提出以Bell態作為糾纏信道，提出一種量子密鑰分發方案，該方案中，密鑰比特不一致率為46.875％。其次，提出一種基于4粒子W態的量子密鑰分發方案，密鑰比特不一致率為50％。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于4粒子簇態的量子密鑰分發方法，用以解決現有技術中量子密鑰分發通信方法效率不高等問題。

為了實現上述任務，本發明采用以下技術方案：

一種量子密鑰分發方法，發送方Alice將量子密鑰共享給接收方Bob，所述的方法包括：

步驟1、獲得原始密鑰串，發送方Alice將其制備的攜帶有單位密鑰的多組4粒子簇態發送給接收方Bob；

接收方Bob對其中一組4粒子簇態進行隨機分對后再測量，獲得隨機分對及測量結果，若隨機分對及測量結果與發送方Alice持有的4粒子簇態的固定分對及測量結果相同，發送方Alice與接收方Bob均獲得一個單位密鑰，所述的分對及測量結果包括分對信息以及測量結果；

接收方Bob測量多組4粒子簇態后，發送方Alice持有由多個單位密鑰組成的原始密鑰串R_A，接收方Bob獲得由多個單位密鑰組成的原始密鑰串R_B；

步驟2、提取協商密鑰，發送方Alice從原始密鑰串R_A隨機提取多個元素作為協商密鑰C_A，接收方Bob從原始密鑰串R_B中提取與發送方Alice從原始密鑰串R_A提取的元素具有相同位置的元素作為接收方Bob的協商密鑰C_B，所述的協商密鑰C_A與協商密鑰C_B中元素數量相同，若協商密鑰C_B與協商密鑰C_A的不一致率小于閾值，則當前通信安全，進行步驟3，否則返回步驟1；

步驟3、后處理，采用數據協商和保密增強分別對協商密鑰C_A與協商密鑰C_B進行后處理，使得協商密鑰C_A與協商密鑰C_B相同，發送方Alice與接收方Bob共享一串相同的量子密鑰。

進一步地，所述的發送方Alice與接收方Bob均持有相同的單位密鑰集與粒子測量結果之間的關系表，所述的步驟1具體包括：

步驟11、制備4粒子簇態，發送方Alice制備多組4粒子簇態，其中，一組4粒子簇態由4個簇態粒子組成，發送方Alice存有每一組4粒子簇態的固定分對信息以及固定測量結果，其中所述的固定分對信息是指4個簇態粒子固定形式的兩兩分對信息，所述的固定測量結果為經過固定形式分對的兩對簇態粒子的測量結果；