[發明專利]量子安全通信方法、裝置、計算機設備和存儲介質

有效

• 申請號: 202011295180.2
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112600666B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 孫仕海;龍桂魯
• 申請（專利權）人: 中山大學;清華大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B10/70
• 代理公司: 華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 吳平

本申請涉及一種量子安全通信方法、裝置、計算機設備和存儲介質。所述方法包括：發送方通過獲取待傳輸的原始消息；對原始消息進行信道損耗和噪聲抵抗處理，獲得第一比特消息；隨機化第一比特消息，獲得第一數據比特消息；在第一數據比特消息中插入檢驗比特，獲得傳輸比特消息；將傳輸比特消息編碼在發送方量子態的基上，獲得并發送編碼后的傳輸比特消息。接收方接收傳輸比特消息；根據接收方量子態的基對接收到的傳輸比特消息中的各比特消息進行探測，獲得接收到的各比特消息的探測結果、探測結果對應的探測位置和探測結果的消息類型；發送探測結束信息，最終恢復發送方發送的原始消息。采用本申請實施例方法能夠有效提高量子通信的安全性。

技術領域

本申請涉及量子通信技術領域，特別是涉及一種量子安全通信方法、裝置、計算機設備和存儲介質。

背景技術

隨著量子通信領域的發展，出現了量子保密通信技術，不同于現有的基于算法復雜度的經典保密通信，量子保密通信能夠保證信息傳遞的無條件安全，其安全性由量子力學的基本原理來保證。根據量子保密通信實現結構的不同，量子保密通信協議可以分為兩大類：一是基于量子密鑰分發的量子保密通信，在該結構中，通信雙方先利用量子態建立無條件安全的密鑰，然后再結合經典加密算法實現信息的安全傳遞。二是基于量子態的量子安全通信，包括量子安全直接通信和確定性量子安全通信兩種，在該結構中，發送方直接將消息加載在量子態上，然后通過一定的協議使得僅有接收方可以恢復出發送方的消息，而竊聽者無法得到任何信息。量子安全直接通信和確定性量子安全通信的區別在于，確定性量子安全通信中發送方需要傳遞一比特的經典信息以幫助接收方恢復信息，而量子安全直接通信則不需要經典信息的傳遞。相比與基于量子密鑰分發的量子保密通信協議的兩步通信過程，量子安全通信僅需一步即可完成信息加密傳遞，具有實現簡單、無需密鑰管理和存儲等優點。

為了保證通信信息的安全，現有的量子安全直接通信都是基于雙向協議來實現，即接收方先發送量子態給發送方，然后發送方隨機的選取部分量子態進行測量，從而驗證信道特征和竊聽者的信息量，并在剩余的量子態上調制需要傳遞的信息，然后再將量子態返回給接收方，從而實現信息的傳遞。但是，在基于雙向協議的量子安全直接通信系統中，光量子信號往返信道兩次，因此損耗會增加一倍。同時，由于發送方需要接收來自信道的光子脈沖并進行編碼，因此容易遭受特洛伊木馬攻擊等量子黑客的攻擊，影響其實際安全性，而且在實際應用中，量子安全通信設備非完美性也會對其安全性產生一定影響。

而現有的確定性量子安全通信雖然存在單向的通信協議，但需要高維單光子量子態制備、量子糾纏以及量子存儲等量子器件，這在當前技術條件下尚無法有效實現，特別是無法滿足長距離、高碼率的通信要求。同時，實際設備的缺陷也會導致響應的量子黑客攻擊，從而影響確定性量子安全通信的安全性。這也是制約確定性量子安全通信應用的核心瓶頸。

發明內容

基于此，有必要針對上述技術問題，提供一種能夠有效提高量子通信安全性的量子安全通信方法、裝置、計算機設備和存儲介質。

第一方面，提供了一種量子安全通信方法，所述方法包括：

獲取待傳輸的原始消息；

對所述原始消息進行信道損耗和噪聲抵抗處理，獲得第一比特消息；

隨機化所述第一比特消息，獲得第一數據比特消息；

在所述第一數據比特消息中插入檢驗比特，獲得傳輸比特消息；

將所述傳輸比特消息編碼在發送方量子態的基上，獲得并發送編碼后的傳輸比特消息。

在其中一個實施例中，對所述原始消息進行信道損耗和噪聲抵抗處理，獲得第一比特消息，包括：

對所述原始消息進行映射處理，獲得映射消息；

對所述映射消息進行擴展，獲得第一比特消息。