[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

本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種基于貝爾態(tài)的半量子安全直接通信方法及系統(tǒng)，強(qiáng)量子方從四組Bell態(tài)隨機(jī)選擇，制備Bell態(tài)粒子，收到強(qiáng)量子方發(fā)送的序列后，半量子方對(duì)每個(gè)粒子隨機(jī)選擇測量或反射操作；強(qiáng)量子方通過量子存儲(chǔ)器設(shè)備暫時(shí)存儲(chǔ)半量子方反射回來的粒子序列，并且強(qiáng)量子方通過經(jīng)典信道告知半量子方反射回的粒子接收完成；強(qiáng)量子方對(duì)剩余的序列粒子進(jìn)行測量，得到測量結(jié)果。本發(fā)明使用本協(xié)議可以在較好的效率傳輸下將秘密信息直接傳輸給只有弱量子能力的普通用戶，完成量子安全直接通信；基于半量子的理論表明，本協(xié)議可以應(yīng)用在更貼近實(shí)際的量子通信網(wǎng)絡(luò)中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于貝爾態(tài)的半量子安全直接通信方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前，業(yè)內(nèi)常用的現(xiàn)有技術(shù)是這樣的：

在量子通信網(wǎng)絡(luò)中，目前業(yè)內(nèi)現(xiàn)有的技術(shù)發(fā)展情況如下：在過去的三十多年里，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，量子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)將使得基于傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)計(jì)算復(fù)雜度的密碼系統(tǒng)變得不再安全。人們需要各種更加安全和高效的通信與密碼協(xié)議。1984年Bennett和Brassard提出了第一個(gè)量子密碼協(xié)議，即BB84協(xié)議，科研工作者們大量的量子密碼協(xié)議與量子通信協(xié)議，其中包括量子密鑰分發(fā)協(xié)議(QKD)，量子直接安全通信協(xié)議(QSDC)，量子秘密共享協(xié)議(QSS)，量子隱私查詢協(xié)議(QPQ)，量子身份認(rèn)證協(xié)議(QIA)等。量子安全直接通信協(xié)議可以使通信雙方完成直接交換秘密信息，直接對(duì)話等操作。在我國，量子通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的步伐愈來愈快，量子政務(wù)網(wǎng)是目前實(shí)現(xiàn)的具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的量子成果。

目前，京滬政務(wù)網(wǎng)已經(jīng)建立，合肥也建立起了一個(gè)安全有效的量子政務(wù)網(wǎng)絡(luò)。成都、重慶、武漢等地也在聯(lián)合建立新型的量子政務(wù)網(wǎng)絡(luò)。竊聽與泄密一直是傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)面臨的較為嚴(yán)重的威脅，為了實(shí)現(xiàn)絕對(duì)安全的通信網(wǎng)絡(luò)，研究者們開始將精力集中在量子通信網(wǎng)絡(luò)中，研究并提出了一系列量子安全直接通信理論。2007年，Boyer等提出了第一個(gè)基于BB84的半量子密碼協(xié)議。隨后出現(xiàn)了基于半量子的密鑰分發(fā)協(xié)議(Semi-quantum keydistribution,SQKD)，基于半量子的秘密共享協(xié)議(Semi-quantum secret sharing,SQSS)等協(xié)議。2014年，Yu等人提出了第一個(gè)具有身份認(rèn)證功能的半量子密鑰分發(fā)協(xié)議，通過這個(gè)協(xié)議，強(qiáng)量子能力用戶可以完成對(duì)普通用戶的身份認(rèn)證。2017年，Meslouhi等人通過研究表明，外部攻擊者通過中間人攻擊獲得半量子通信協(xié)議中的部分秘密信息，同時(shí)也證明了，為了實(shí)現(xiàn)絕對(duì)安全，通信參與方的測量和反射操作必須具有隨機(jī)性。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：

大都要求通信雙方具有較強(qiáng)的量子操縱能力，比如量子制備，貝爾測量等。由于成本和量子資源的限制，在一個(gè)量子通信網(wǎng)絡(luò)中，占絕大部分的普通用戶難以具有成本如此昂貴的量子能力。這一客觀事實(shí)嚴(yán)重阻礙了量子通信實(shí)現(xiàn)商業(yè)化和大眾化。

現(xiàn)有的量子通信協(xié)議，大都基于量子隱形傳態(tài)原理。然而量子隱形傳態(tài)需要建立的量子通道成本較為昂貴，需要制備的量子態(tài)也較為復(fù)雜。而且大都為多粒子系統(tǒng)。但是三粒子以上的粒子制備不易，在協(xié)議過程中穩(wěn)定的保存，傳輸其狀態(tài)更為困難。

現(xiàn)有的量子通信協(xié)議的粒子傳輸效率大都不高，在量子通信過程中產(chǎn)生了大量的粒子浪費(fèi)，使得量子資源利用極為不充分。

解決上述技術(shù)問題的難度：

量子態(tài)的制備與分發(fā)，貝爾測量等較為復(fù)雜的操作必不可少。如何想辦法減小這些過程產(chǎn)生的成本開銷問題。

如果不依賴量子隱形傳態(tài)，僅靠量子本身的測量塌縮的聯(lián)系，能否在量子通信網(wǎng)絡(luò)中完成安全直接通話協(xié)議。

如何解決粒子的利用效率和傳輸效率低下問題。

解決上述技術(shù)問題的意義：