[發明專利]一種不需要監控信道的量子秘密共享方法及系統

有效

• 申請號: 202110153531.4
• 申請日: 2021-02-04
• 公開（公告）號: CN112511303B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 尹華磊;謝元梅;陳增兵
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B10/70
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 劉珊珊

1.一種不需要監控信道的量子秘密共享方法，實施在任意兩個發送端和一個接收端之間，其特征在于，包括以下步驟：

步驟(1)、兩發送端均制備一個長度為L的比特串和一個長度為L的單光子脈沖序列，并對每個單光子脈沖按照比特串中相應位置的比特值進行0或π的相位編碼，得到量子態序列；

步驟(2)、兩發送端同時將制備出的量子態序列通過不安全的量子信道發送給接收端；

步驟(3)、接收端接收兩路量子態序列，并將其中一路量子態序列移位(-1)^br個脈沖，然后與另一路量子態序列進行干涉測量，r∈{1，2，…L}，b∈{0，1}；若在干涉結果中僅探測到一次響應，則記為一次有效探測，接收端根據有效探測的結果生成本端的原始密鑰；

步驟(4)、接收端將有效探測結果中發生干涉的兩個干涉量子態在原量子態序列中的位置分別公布給相應發送端，兩發送端在各自的比特串中找出相應位置的比特值作為原始密鑰；重復步驟(1)-(4)，直至發送端和接收端生成所需長度的原始密鑰；

步驟(5)、兩發送端和接收端通過經典認證信道通信，確定比特錯誤率和相位錯誤率，從而計算出成碼率；再基于成碼率進行經典糾錯、錯誤驗證與隱私放大，最終提取得到用于量子秘密共享的密鑰；只存在外部攻擊者的情況下，每個脈沖的成碼率計算公式為：

其中，Q是發送一個長度為L的量子態序列，進行干涉測量獲得有效探測事件的總增益；e_b是比特錯誤率；e_p是只存在外部攻擊者情況下的相位錯誤率，表示接收端觀測到的每個量子態序列中有大于v_th個光子數的概率，v_th為一個正整數常量，v_th＜L，μ為每個量子態序列的總光強，v為每個量子態序列中總光子數；h(e_p)、h(e_b)為香農熵，表達式為：h(x)＝-xlog₂(x)-(1-x)log₂(1-x)；f為糾錯效率。

2.根據權利要求1所述的不需要監控信道的量子秘密共享方法，其特征在于，所述接收端根據有效探測的結果生成本端的原始密鑰的具體方法為：

若探測到兩個干涉量子態的相位差為0，則接收端記錄原始密鑰X_C＝0；

若探測到兩個干涉量子態的相位差為π，則接收端記錄原始密鑰X_C＝1。

3.根據權利要求1所述的不需要監控信道的量子秘密共享方法，其特征在于，所述步驟(1)中，量子態的編碼方式為時間模式編碼或空間光模式編碼。

4.根據權利要求1所述的不需要監控信道的量子秘密共享方法，其特征在于，所述兩個發送端與接收端之間的信道為對稱信道或非對稱信道。

5.根據權利要求1所述的不需要監控信道的量子秘密共享方法，其特征在于，所述兩個發送端分別為發送端一和發送端二，發送端一和發送端二生成的量子態序列的量子態表達式分別為：

其中，|ψ_A為發送端一生成的量子態序列的量子態表達式，|ψ_B為發送端二生成的量子態序列的量子態表達式，|j_A表示發送端一制備的第j_A個量子態，|i_B表示發送端二制備的第i_B個量子態，為|j_A對應的經典比特，為|i_B對應的經典比特。