[發明專利]一種基于Bell態的兩方量子密鑰協商方法及系統

有效

• 申請號: 201910447279.0
• 申請日: 2019-05-27
• 公開（公告）號: CN110098930B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 閆麗麗;張仕斌;昌燕;盛志偉
• 申請（專利權）人: 成都信息工程大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 談杰

本發明屬于量子保密通信技術領域，公開了一種基于Bell態的兩方量子密鑰協商方法及系統，基于Bell態的兩方量子密鑰協商方法無需第三方參與，通信雙方用戶通過執行協議，實現在保證密鑰安全的前提下，使得密鑰是由通信兩方共同、公平的協商出來，協議任意一方不能獨自決定或先于另一方提前獲知最終密鑰。本發明采用半量子技術實現，降低了用戶的硬件成本。參與密鑰協商的雙方，只需具有兩種基本的量子功能，無需復雜的量子操作，就完成密鑰協商；本發明易于部署，易于在推動量子通信協議中應用。

技術領域

本發明屬于量子保密通信技術領域，尤其涉及一種基于Bell態的兩方量子密鑰協商方法及系統。

背景技術

目前，最接近的現有技術：

密鑰管理是密碼學中的一個極其重要的研究領域，其中的密鑰建立主要研究如何在傳輸實體間安全、高效地生成會話密鑰。根據會話密鑰生成方式不同，密鑰建立協議可分為兩類：密鑰分發協議和密鑰協商協議。當前，在量子通信網絡密鑰建立方面的研究主要關注密鑰分發問題，而對密鑰協商的研究很少提及。這主要與量子通信設備的工作機制有關，在量子通信網絡中，節點大多是部署為收、發獨立性量子設備，即節點只能發送量子或接收量子，而用于延長節點通信距離的中繼節點卻為收發一體化量子設備。這種網絡部署方案只能實現信息的單向傳遞，因此只適用于解決密鑰分發問題，即由一方用戶負責生成、發送密鑰給另一方，接收方只能被動的接收密鑰，而無法實現密鑰協商。

半量子環境是2007年被提出，在該環境中只要有少數節點具備高級的量子能力，就可以在這些節點的協助下，實現所有節點之間的量子保密通信。半量子環境中所有節點都為收發一體化量子設備，但節點被分成兩類，一類節點稱為經典節點，此類節點只能執行如下三種基礎的量子操作：

1)使用基{|0>,|1>}測量量子。

2)制備、發送一個處在|0＞或|1＞態的量子。

3)對收到的量子不做任何更改，直接反射回發送方。

另一類節點稱為量子節點，此類節點具有完備的量子功能，可以制備、發送各類量子態，使用各種測量基，對量子執行酉操作和存儲量子等。由于網絡中的大部分節點不需要配置高級的量子設備，所以可以在擴充現有經典網絡節點功能的基礎上，實現量子保密通信網絡的應用。此外，對于高級的量子設備可以統一由專門的量子服務商提供，用戶通過租借使用，降低量子通信網絡推廣的難度。

綜上所述，現有技術存在的問題是：

(1)在現有密鑰分發協議或量子安全直接通信協議中，為了保證傳輸量子的安全性，發送方往往需要在發送的量子序列中添加處于不同態的竊聽檢測光子以保證傳遞量子的安全性，這也造成除了發送方需要配備制備、測量各類量子的量子設備，接收方也需要配備測量各類量子的設備，而且往往還需要量子存儲器、酉操作等設備輔助協議地運行。

由于當前量子設備的成本很高，普通用戶無法承擔如此昂貴的量子設備，這就限制了量子保密通信網絡的實用化進程。

(2)在當前網絡應用中平等是一個重要的安全屬性，即生成的密鑰是由參與者共同協商出來的，而不是由某一方單獨決定。特別是在某些電子商務應用中，為了保證購賣雙方的利益，通信所使用的密鑰應該是通信雙方共同協商獲得。當前研究的量子密鑰分發協議由于受到量子通信網絡單向傳輸的限制，使得實現的主要目標是密鑰的安全傳輸，而并沒有解決通信雙方密鑰協商問題。

解決上述技術問題的難度：

如要解決上述問題，首先需更改量子通信網絡的通信結構，打破原有量子通信的網絡架構，將終端量子節點改造成和中繼節點一樣的集接收和發送量子功能為一體的量子收發設備，因此如何部署量子網絡結構是難點之一。

在此基礎上，為了普及量子網絡的應用，將量子功能集成到其中的少量節點上，而大部分節點只具備基本的量子功能，如何在此量子網絡架構基礎上實現量子安全通信是另一難點。