[發明專利]一種基于EPR對糾纏和密集編碼的量子密鑰分配方法

在審

• 申請號: 201811187560.7
• 申請日: 2018-10-12
• 公開（公告）號: CN109495238A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 文爽;李恒吉;李朝陽;王娜;李劍
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04L9/00
• 分類號: H04L9/00;H04L9/08;H04L29/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

提出一種基于EPR對糾纏和密集編碼的量子密鑰分配方法，并且不需要量子比特的存儲。每四個粒子作為一個小組，其中粒子{(1,2),(3,4)}或{(1,3)，(2,4)}是糾纏的。一些組用于傳輸消息，而其他組用于檢查竊聽。在消息模式下，接受方不需要知道群組中粒子的位置信息，只需對群組的第一、第四個粒子進行四種酉操作。同時，在截獲?測量?重發攻擊和糾纏?測量攻擊下，計算竊聽者獲取信息量與竊聽被發現的概率的函數關系，表明方法是漸近安全的。與“乒乓”協議相比，該方法不需要存儲量子態，提高了實驗上的可操作性。此外，接收方在對粒子進行酉操作時利用了超密編碼，增加了信道的容量。

技術領域

本發明涉及一種量子密碼領域中的量子密鑰分發方法，該方法是基于EPR對糾纏和密集編碼的量子密鑰分配方法，該方法不需要存儲過程中的量子態，且利用了密集編碼，并對方法的安全性進行了分析。

背景技術

隨著信息技術和量子物理學的飛速發展，量子密碼學已成為量子信息理論迅速發展的應用之一。量子力學中的測不準原理和不可克隆性定理等物理定律為量子密碼的安全提供理論上的保障。檢測竊聽者存在與否的能力是量子密碼和經典密碼的最大區別。基于物理學定律，在信息泄露之前，信息的傳送雙方就可以判斷信道上是否有竊聽者，從而保證通信的安全性。

在過去的十年中，研究者在量子密碼領域取得了巨大的進展。量子密碼學的一個方向是量子密鑰分發(QKD)，其目標是在兩個遠程授權用戶之間創建公共隨機密鑰。與QKD不同，量子安全直接通信(QSDC)協議被設計用于提供單向通信，其中信息內容由發送方指定。而后有研究者提出了著名的基于EPR對的QSDC協議，稱為“乒乓”協議。從那時起，研究人員發表了許多乒乓協議的改進和修改，包括超密集編碼、GHZ狀態用于兩個和多方通信等等。提出了許多QSDC協議，包括不使用糾纏的協議和使用糾纏的協議。

在上述QSDC協議中，所發送的消息是秘密，而不是隨機密鑰比特。也就是說，QSDC方案中的安全要求比QKD協議更嚴格，因為無論是否檢測到竊聽，傳輸的消息永遠不會泄露。例如，當它被用作QSDC時，研究人員在乒乓協議中發現了許多安全問題。

無法克服的技術難點之一是量子態的存儲時間。目前，合肥國家微尺度物理實驗室和現代物理系的量子態存儲時間世界紀錄只有3ms。所有需要存儲的量子態的協議在實驗上的操作性上都存在一些限制，如乒乓協議。

考慮到存儲時間的限制，基于EPR對糾纏和密集編碼，本發明提出了一種新的不需要存儲的量子密鑰分發方法。

發明內容

考慮到存儲時間的限制，本發明結合量子密碼領域的理論研究和該領域的最新研究進展，充分運用擴展EPR對，提出了一種新的基于EPR對糾纏和密集編碼的量子密鑰分配方法，該方法不需要存儲量子態，并分析了該方法的安全性。該方法既有重要的理論研究意義，也有實際應用價值。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

基于EPR對糾纏和密集編碼的量子密鑰分配方法(GEQKD)，其過程如圖1所示：

首先，在GEQKD方法中，將經典比特的每四個比特分成一組，根據糾纏位置為每組比特準備兩個EPR對。然后Bob通過量子信道將兩個EPR態發送給Alice。在Alice接收到 EPR對之后，他只對每個群的第一和第四粒子進行四種酉變換，然后通過量子信道將群粒子傳送給Bob。最后，Bob基于他之前記錄的位置信息執行正確的Bell基測量，并將結果與他之前發送的EPR對進行比較。然后，Bob可以得到Alice執行的酉運算，進而對Alice發送的經典信息進行解碼。

本發明的有益效果是，從攔截測量重發(IR)攻擊和糾纏測度攻擊兩種情況分析，驗證本發明的漸近安全性。與“乒乓”協議相比，該協議不需要存儲量子位，提高了可操作性。此外，授權方在對粒子進行酉操作時利用了超密編碼，增加了信道的容量。

附圖說明