[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

本發明涉及一種基于多粒子糾纏的量子網絡抽簽方法，包括：S1、參與抽簽的用戶向抽簽管理機構發送身份信息，完成注冊，抽簽管理機構通過QKD收發機與用戶共享身份密鑰。S2、抽簽管理機構為抽簽用戶制備抽簽量子態，并將全部粒子重新分組以便于后續量子分發。S3、抽簽管理機構生成隨機秘密編碼并存儲于存儲器中，利用身份密鑰和秘密編碼為每個抽簽用戶制備測試粒子。S4、抽簽管理機構將測試粒子隨機插入重新分組后的抽簽量子態中，并通過經典量子融合信道傳輸量子信息。S5?S6、抽簽用戶與抽簽管理機構利用測試粒子，驗證雙方身份信息。S7、量子態安全檢測。S8、抽簽用戶舍棄量子態安全測試中使用的粒子，測量剩余的粒子獲得抽簽信息。

技術領域

本發明屬于量子通信和信息安全技術領域，具體涉及一種在量子網絡中基于多粒子糾纏可實現絕對公平、公證的抽簽方法。

背景技術

抽簽是日常生活中的普遍活動，常用于公平的做出某個決定。傳統的抽簽方式主要有紙條抽簽、長短棒抽簽等，其在實際操作中需要用戶現場抽取，該抽簽方式不僅造成可執行性較差，更難以保證公平、公證。隨著計算機網絡、信息技術的高速發展，電子網絡抽簽應運而生，使得世界上任何地方的用戶在極短時間內建立聯系，不因地域、時間等問題影響，可以迅速完成抽簽。

現階段，電子網絡抽簽普遍存在兩方面問題：

一是用戶得到的抽簽值是偽隨機的，無法實現絕對公平。

事實上，任何基于經典過程(即經典力學的過程)所產生的隨機數本質上都不是真隨機的。經典系統中的隨機性都是表面上看似具有隨機性，而本質上只是確定性事件的概率組合，并非嚴格意義上隨機。它之所以表現出隨機性，是因為觀察者對經典系統整體運作機制的不完全了解。

二是其安全機理大多基于大數因子分解和離散對數等困難問題的計算復雜性假設，存在無法避免的安全威脅。

現階段，量子計算、量子計算機迅猛發展，谷歌、微軟、IBM、中國科大等都在量子計算機研制方面取得了大量突破性進展。量子計算可在有效的時間內攻破這些困難問題，使得基于計算復雜性假設的電子網絡抽簽在面對具有量子計算能力的攻擊時變得不再安全。量子網絡抽簽可有效避免這些威脅，構建成熟的量子網絡抽簽具有重要的理論和實際應用價值。

發明內容

作為新一代信息技術，量子通信網絡蓬勃發展，已逐漸走進人們的日常生活。順應時代發展，結合實際應用需求，針對電子網絡抽簽的缺陷，本申請提供一種基于多粒子糾纏的n用戶量子網絡抽簽方法，該方法簡單易操作，且可有效保證抽簽用戶的公平、公證。

量子網絡抽簽基于量子力學基本原理，如量子疊加和量子糾纏，與攻擊者的計算能力無關。在量子網絡抽簽中，根據多粒子高維糾纏態性質，任何攻擊者對信道中傳輸粒子的有效攻擊都會對該粒子帶來必不可少的擾動，使誠實用戶可有效的檢測到攻擊者，進而使得量子網絡抽簽具有信息論安全性，實現真正意義上的公平、公證抽簽。

為達到以上目的，本發明采取的技術方案是：

基于多粒子糾纏的量子網絡抽簽系統，包括n個抽簽用戶U₁,U₂,…,U_n、抽簽管理機構CA、和n+1個OADM；其中：

所述每個抽簽用戶U_i，i∈{1,2,…,n}包括第i密鑰模塊、用戶終端和第i量子測量模塊，所述第i密鑰模塊包括QKD收發機以及存儲器，所述第i量子測量模塊為量子測量裝置，所述用戶終端為經典計算機；

所述抽簽管理機構CA包括第n+1密鑰模塊、機構終端和糾纏源，所述第n+1密鑰模塊包括QKD收發機和存儲器，所述機構終端為經典計算機；