[發明專利]基于多粒子糾纏的量子網絡抽簽方法

有效

• 申請號: 202010360745.4
• 申請日: 2020-04-30
• 公開（公告）號: CN111726222B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 王慶樂;余超航;李元誠;劉江珊
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B10/70;H04J14/02;H04L29/06
• 代理公司: 北京衛平智業專利代理事務所(普通合伙) 11392
• 代理人: 張新利;謝建玲

1.基于多粒子糾纏的量子網絡抽簽方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、注冊階段：參與抽簽的用戶U_i，i∈{1，2，...，n}，通過用戶終端向抽簽管理機構CA發送身份信息，抽簽管理機構CA驗證用戶身份，若身份合法，抽簽管理機構CA通過QKD收發機與所述抽簽用戶U_i秘密共享身份密鑰ID_i；

所述身份密鑰ID_i長度為m₁+m₂，形式如下：

子身份密鑰序列組成ID_i前m₁長度部分，為實整型數序列，各元素取值于{0，1，...，n-1}，用作抽簽管理機構CA身份驗證；

子身份密鑰序列組成ID_i后m₂長度部分，為二進制序列，各元素取值于{0，1}，用作所述抽簽用戶U_i身份驗證，避免欺騙、冒用惡意行為；

S2、抽簽量子態制備：所述抽簽管理機構CA制備1+nδ組抽簽量子態|S_n，參數δ為安全系數；單個抽簽量子態|S_n粒子數為n，命名為粒子1，粒子2，...，粒子i，...，粒子n，所述抽簽管理機構CA將(1+nδ)n個粒子按抽簽用戶U₁～U_n重新分組為粒子序列A₁，A₂，...，A_i，...，A_n，其中A_i包含了1+nδ個粒子i，i∈{1，2，...，n}；

所述抽簽量子態形式如下：

其中，s₀～s_n-1分別為n個粒子的本征值，式中使用s表示本征值序列[s₀，s₁，...，s_n-1]，取值于全排列集合所述為整數集合{0，1，...，n-1}的全排列，每個全排列長度均為n；τ(s)表示序列s的逆序數；

S3、測試粒子制備：抽簽管理機構CA為每個抽簽用戶U_i隨機生成秘密編碼B_i；所述抽簽管理機構CA用身份密鑰ID_i對B_i加密處理，制備測試粒子序列P_i；

所述秘密編碼B_i長度為m₁+m₂，形式如下：

子秘密編碼序列為二進制編碼序列，組成B_i前m₁長度部分；

子秘密編碼序列元素取值于{0，1，...，n-1}，組成B_i后m₂長度部分；

所述測試粒子序列P_i長度為m₁+m₂，形式如下：

子測試粒子序列組成P_i前m₁長度部分，利用和制備，所述用于后續驗證抽簽管理機構CA的身份；

子測試粒子序列組成P_i后m₂長度部分，利用和制備，所述用于后續驗證所述抽簽用戶U_i的身份；

S4、量子態分發階段：抽簽管理機構CA將測試粒子序列P_i隨機插入粒子序列A_i中，得到量子分發序列A′_i；抽簽管理機構CA記錄測試粒子序列P_i在量子分發序列A′_i中的插入位置D_i，并存儲插入位置D_i和秘密編碼B_i于抽簽管理機構CA的存儲器中，以備后續身份驗證；隨后抽簽管理機構CA作為發送方，將量子分發序列A′_i通過經典量子融合信道發送給接收方，即所述的抽簽用戶U_i；

S5、用戶身份驗證階段：確認所述每個抽簽用戶U_i接收完畢后，抽簽管理機構CA公布插入位置D_i，所述每個抽簽用戶U_i根據插入位置D_i篩選出子測試粒子序列從存儲器中導出利用選擇合適的測量方式，并使用量子測量裝置測量中的每個粒子；所述每個抽簽用戶U_i將測量結果反饋給抽簽管理機構CA，抽簽管理機構CA將測量結果與子秘密編碼序列比較，驗證抽簽用戶U_i身份，若測量結果與一致，說明接收方身份實為所述抽簽用戶U_i，并同時驗證了信道傳輸安全性；

S6、機構身份驗證階段：所述抽簽管理機構CA向所述每個抽簽用戶U_i公布子秘密編碼序列所述抽簽用戶U_i根據步驟S5中公布的插入位置D_i篩選出子測試粒子序列利用選擇合適的測量方式，使用量子測量裝置測量中每個粒子，通過比對測量結果與存儲器中的子身份密鑰序列判斷發送方身份，若測量結果與匹配，則發送方身份驗證成功；

S7、量子態安全檢測階段：n個抽簽用戶U₁，U₂，...，U_n自發的輪流檢測量子態安全性，檢測階段分為n輪，n位抽簽用戶在n輪檢測階段中輪流作為發起人，發起量子態安全檢測；

S8、抽簽階段：所述每個抽簽用戶U_i丟棄用作n輪量子態安全檢測的nδ個粒子i，取所剩的唯一粒子i用作抽簽，測量并得到抽簽信息；經過步驟S7中n輪的量子態安全測試，該粒子錯誤率小于某一閾值，該閾值受控于安全系數δ。