[發(fā)明專利]一種可驗(yàn)證的量子密鑰協(xié)商方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911252928.8
• 申請日: 2019-12-09
• 公開（公告）號: CN110932856B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石潤華;李坤昌;石澤;茍湘淋
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

1.一種可驗(yàn)證的量子密鑰協(xié)商方法，是應(yīng)用于由兩個(gè)參與者Alice和Bob，以及連接兩個(gè)參與者的公開網(wǎng)絡(luò)中，其中，所述公開網(wǎng)絡(luò)包括公開的量子通道和公開的經(jīng)典通道；其特征是，所述可驗(yàn)證的量子密鑰協(xié)商方法是按照如下步驟進(jìn)行：

步驟1：初始化階段：

所述參與者Alice和所述參與者Bob通過面對面的方式共享一個(gè)2m比特的主密鑰k_AB＝k_AB[1]||k_AB[2]||…||k_AB[i]||…||k_AB[m]，其中，k_AB[i]表示第i比特的主密鑰，且k_AB[i]∈{00，01，10，11}，1≤i≤m，||表示字符串連接符；

步驟2：所述參與者Alice和所述參與者Bob各自制備n組EPR粒子對：

步驟2.1：所述參與者Alice按如下方法制備n組EPR粒子對：

步驟2.1.1、所述參與者Alice制備n組EPR粒子對(P₁(a₁),P₁(a₂))，(P₂(a₁),P₂(a₂))，…，(P_j(a₁),P_j(a₂))，…，(P_n(a₁),P_n(a₂))，其中，(P_j(a₁),P_j(a₂))表示第j個(gè)EPR粒子對，1≤j≤n；且第j個(gè)EPR粒子對(P_j(a₁),P_j(a₂))隨機(jī)處于四個(gè)Bell態(tài)之一，并記所述第j個(gè)EPR粒子對(P_j(a₁),P_j(a₂))的初始Bell態(tài)所對應(yīng)的經(jīng)典特征為B_j(a₁,a₂)；所述參與者Alice記錄下每個(gè)EPR粒子對的初始Bell態(tài)；

步驟2.1.2、所述參與者Alice將所述n組EPR粒子對(P₁(a₁),P₁(a₂)),(P₂(a₁),P₂(a₂))，…，(P_j(a₁),P_j(a₂)),…,(P_n(a₁),P_n(a₂))分成兩個(gè)粒子序列，包括：第一粒子序列和第二粒子序列P_j(a₁)表示第一粒子序列的第j個(gè)EPR粒子，P_j(a₂)表示第二粒子序列的第j個(gè)EPR粒子；

步驟2.2：所述參與者Bob按如下方法制備n組EPR粒子對：

步驟2.2.1、所述參與者Bob制備n組EPR粒子對(P₁(b₁),P₁(b₂)),(P₂(b₁),P₂(b₂))，…，(P_j(b₁),P_j(b₂)),…,(P_n(b₁),P_n(b₂))，其中，(P_j(b₁),P_j(b₂))表示第j個(gè)EPR粒子對，1≤j≤n；且第j個(gè)EPR粒子對(P_j(b₁),P_j(b₂))隨機(jī)處于四個(gè)Bell態(tài)之一，并記所述第j個(gè)EPR粒子對(P_j(b₁),P_j(b₂))的初始Bell態(tài)所對應(yīng)的經(jīng)典特征為B_j(b₁,b₂)；所述參與者Bob記錄下每個(gè)EPR粒子對的初始Bell態(tài)；

步驟2.2.2、所述參與者Bob將所述n組EPR粒子對(P₁(b₁),P₁(b₂)),(P₂(b₁),P₂(b₂))，…，(P_j(b₁),P_j(b₂)),…,(P_n(b₁),P_n(b₂))分成兩個(gè)粒子序列，包括：第一粒子序列和第二粒子序列P_j(b₁)表示第一粒子序列的第j個(gè)EPR粒子，P_j(b₂)表示第二粒子序列的第j個(gè)EPR粒子；

步驟3：所述參與者Alice和所述參與者Bob交換第二粒子序列和

所述參與者Alice通過公開的量子通道把所述第二粒子序列按照粒子先后順序發(fā)送給所述參與者Bob；所述參與者Bob通過公開的量子通道把所述第二粒子序列按照粒子先后順序發(fā)送給所述參與者Alice；

步驟4：所述參與者Alice和所述參與者Bob在各自保留的第二粒子序列和中分別隨機(jī)選擇m個(gè)粒子，并實(shí)施Pauli操作表示第m個(gè)粒子的Pauli操作；

步驟5：所述參與者Alice和所述參與者Bob各自公開所選擇的m個(gè)粒子的位置，并要求對方對自身所接收到的第二粒子序列所對應(yīng)的m個(gè)粒子上實(shí)施與發(fā)送者相同的Pauli操作

步驟6：所述參與者Alice和所述參與者Bob對各自擁有的第一粒子序列實(shí)施Bell基測量并計(jì)算各自的會(huì)話密鑰k_a和k_b；

步驟7：所述參與者Alice和所述參與者Bob對各自擁有的2n個(gè)粒子再次分成兩個(gè)序列和

所述參與者Alice將所述n組EPR粒子對(P₁(a₁),P₁(b₂))，(P₂(a₁),P₂(b₂))，…，(P_j(a₁),P_j(b₂))，…，(P_n(a₁),P_n(b₂))分成兩個(gè)粒子序列，包括：第一序列和第二序列

所述參與者Bob將所述n組EPR粒子對(P₁(b₁),P₁(a₂))，(P₂(b₁),P₂(a₂))，…，(P_j(b₁),P_j(a₂))，…，(P_n(b₁),P_n(a₂))分成兩個(gè)粒子序列，包括：第一序列和第二序列

步驟8：所述參與者Alice和所述參與者Bob再次交換第二序列和

所述參與者Alice通過公開的量子通道把所述第二序列按照粒子先后順序發(fā)送給所述參與者Bob；所述參與者Bob通過公開的量子通道把所述第二序列按照粒子先后順序發(fā)送給所述參與者Alice；

步驟9：所述參與者Alice和所述參與者Bob聯(lián)合執(zhí)行密鑰確認(rèn)：

步驟9.1、所述參與者Alice和所述參與者Bob生成輔助密鑰確認(rèn)的經(jīng)典信息s_a和s_b；

步驟9.2、所述參與者Alice對所述輔助密鑰確認(rèn)的經(jīng)典信息s_a的前一半比特實(shí)施加密，得到對應(yīng)的密文所述參與者Bob對所述輔助密鑰確認(rèn)的經(jīng)典信息s_b的后一半比特實(shí)施加密，得到對應(yīng)的密文

步驟9.3、所述參與者Alice公開所述密文所述參與者Bob公開所述密文

步驟9.4、根據(jù)所述主密鑰K_AB以及所述密文所述參與者Alice解密得到所述輔助密鑰確認(rèn)的經(jīng)典信息

根據(jù)所述主密鑰K_AB以及所述密文所述參與者Bob解密得到所述輔助密鑰確認(rèn)的經(jīng)典信息

步驟9.5、所述參與者Alice比較其經(jīng)典信息的后一半比特和是否相等；若則執(zhí)行步驟10；否則，所述參與者Alice公開發(fā)布一個(gè)密鑰確認(rèn)失敗的信息，并終止后續(xù)步驟的執(zhí)行；

所述參與者Bob比較其經(jīng)典信息的前一半比特和是否相等；若則繼續(xù)執(zhí)行步驟10；否則，所述參與者Alice公開發(fā)布一個(gè)密鑰確認(rèn)失敗的信息，并終止后續(xù)步驟的執(zhí)行；

步驟10：所述參與者Alice和所述參與者Bob在沒有收到任何失敗信息后，所述參與者Alice和所述參與者Bob認(rèn)為k_a＝k_b；且最終協(xié)商的會(huì)話密鑰為k_ab＝k_a＝k_b。