[發(fā)明專利]一種基于貝爾態(tài)的半量子安全直接通信方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910339984.9
• 申請(qǐng)日: 2019-04-25
• 公開（公告）號(hào): CN110061787B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張仕斌;鄭濤;昌燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都信息工程大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B10/70
• 分類號(hào): H04B10/70;H04L9/08;H04L29/06
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11212
• 代理人: 談杰

1.一種基于貝爾態(tài)的半量子安全直接通信方法，其特征在于，所述基于貝爾態(tài)的半量子安全直接通信方法包括：

步驟一，強(qiáng)量子方從四組Bell態(tài)|φ^±,|ψ^±中隨機(jī)選擇，制備N＝4n(1+δ)對(duì)Bell態(tài)粒子，其中n是秘密消息的長(zhǎng)度，δ是固定參數(shù)；強(qiáng)量子方將Bell態(tài)粒子中所有的“1”粒子組成Home序列，將所有的“2”粒子組成Travel序列；強(qiáng)量子方保存Home序列粒子，并將Travel序列的粒子發(fā)送給半量子方；

步驟二，收到強(qiáng)量子方發(fā)送的Travel序列后，半量子方對(duì)每個(gè)粒子隨機(jī)選擇測(cè)量或反射操作；進(jìn)一步，在本步驟中，當(dāng)半量子方執(zhí)行測(cè)量操作時(shí)，半量子方隨機(jī)選擇Z基對(duì)粒子進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果保存為M_B，且M_B∈{0,1}；當(dāng)執(zhí)行反射操作時(shí)，半量子方不對(duì)粒子做任何操作，直接將其全部發(fā)回給強(qiáng)量子方；當(dāng)N數(shù)量足夠大，半量子方選擇測(cè)量和反射的粒子總數(shù)均為2n；

步驟三，強(qiáng)量子方通過(guò)量子存儲(chǔ)器設(shè)備暫時(shí)存儲(chǔ)半量子方反射回來(lái)的粒子序列，并且強(qiáng)量子方通過(guò)經(jīng)典信道告知半量子方反射回的粒子接收完成；半量子方公布所有的反射粒子在Travel序列中的具體位置信息；強(qiáng)量子方根據(jù)半量子方公布的信息，在Home序列中選擇相同位置的粒子，與接收的反射粒子一起執(zhí)行Bell基測(cè)量，進(jìn)行竊聽檢測(cè)操作；進(jìn)一步，在本步驟中，N數(shù)量足夠大時(shí)，反射的粒子總數(shù)為2n；強(qiáng)量子方進(jìn)行2n組Bell態(tài)粒子初始化，獲得初始狀態(tài)，當(dāng)強(qiáng)量子方執(zhí)行完Bell基測(cè)量后，與初始狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比計(jì)算錯(cuò)誤率，如果錯(cuò)誤率低于雙方約定的值，則強(qiáng)量子方丟掉所有反射回來(lái)的粒子，協(xié)議進(jìn)行到下一步；否則雙方取消通信；

步驟四，強(qiáng)量子方對(duì)剩余的Home序列粒子選擇Z基進(jìn)行測(cè)量，得到測(cè)量結(jié)果M_A，且M_A∈{0,1}；強(qiáng)量子方從中隨機(jī)挑選n個(gè)粒子組成編碼序列M_e；

隨機(jī)挑選n個(gè)粒子組成竊聽檢測(cè)粒子序列，記為M_c；強(qiáng)量子方根據(jù)與半量子方共享的密鑰序列key_ab，重新組合序列M_n＝M_e+M_c；強(qiáng)量子方將序列組合形成的M_n發(fā)送給半量子方；進(jìn)一步，在本步驟中，雙方約定編碼規(guī)則為：當(dāng)前位置的秘密信息為0時(shí)，強(qiáng)量子方不對(duì)粒子做任何操作，當(dāng)前位置的秘密信息為1時(shí)，強(qiáng)量子方將這個(gè)位置的粒子相位取反，即得到編碼序列，記為M_e；隨機(jī)挑選n個(gè)粒子組成竊聽檢測(cè)粒子序列，記為M_c；

強(qiáng)量子方根據(jù)與半量子方共享的密鑰序列key_ab，重新組合序列M_n＝M_e+M_c，具體規(guī)則為：當(dāng)key_ab＝0時(shí)，當(dāng)前位置的編碼序列M_e放在竊聽檢測(cè)序列M_c的前面，當(dāng)key_ab＝1時(shí)，當(dāng)前位置的編碼序列M_e放在竊聽檢測(cè)序列M_c的后面；強(qiáng)量子方將序列組合形成的M_n發(fā)送給半量子方；

步驟五，當(dāng)半量子方完成接收M_n序列后，通過(guò)經(jīng)典信道通知強(qiáng)量子方，并且半量子方使用Z基對(duì)M_n進(jìn)行測(cè)量；根據(jù)key_ab，半量子方得知M_n中有關(guān)編碼序列M_e和竊聽檢測(cè)序列M_c的正確位置順序；強(qiáng)量子方公布編碼序列M_e和竊聽檢測(cè)序列M_c粒子的初始Bell態(tài)粒子狀態(tài)；

步驟六，半量子方完成測(cè)量操作后，通過(guò)竊聽檢測(cè)序列M_c的值以及M_B，根據(jù)強(qiáng)量子方公布的對(duì)應(yīng)初始Bell態(tài)粒子狀態(tài)，完成對(duì)步驟四的安全性檢測(cè)；進(jìn)一步，在本步驟中，如果強(qiáng)量子方制備的Bell態(tài)粒子狀態(tài)為|φ^±，半量子方對(duì)M_B和M_c的測(cè)量結(jié)果不是00或11，如果強(qiáng)量子方制備的Bell態(tài)粒子狀態(tài)為|ψ^±，半量子方對(duì)M_B和M_c的測(cè)量結(jié)果不是10或01，發(fā)生竊聽或者錯(cuò)誤；半量子方計(jì)算錯(cuò)誤率，當(dāng)錯(cuò)誤率低于雙方約定的值，協(xié)議繼續(xù)進(jìn)行，否則協(xié)議取消并返回步驟一；

步驟七，半量子方根據(jù)對(duì)編碼序列M_e的測(cè)量值以及M_B的值，通過(guò)對(duì)比強(qiáng)量子方公布對(duì)應(yīng)位置的初始Bell態(tài)信息，結(jié)合雙方約定的編碼規(guī)則，得到強(qiáng)量子方發(fā)送的n比特秘密信息m。