量子通信掷硬币方法及中继系统技术方案

本发明专利技术提供一种量子通信掷硬币方法及中继系统，通过第一终端、中继系统及第二终端之间的量子通信交互，由所述第一终端向所述中继系统随机发送预设量子态的光子，所述中继系统对所述第一终端发送光子进行测量，所述第二终端产生随机数发送给第一终端，然后中继系统将测量结果发送给所述第二终端，最后所述第一终端与第二终端根据量子态制备信息、测量结果及所述随机数进行相同的掷硬币计算得到统一的掷硬币结果值。如此，可以保证掷硬币结果的随机性，同时防止掷硬币结果被第三方窃听，可以大大提高掷硬币结果的可靠性和安全性。

【技术实现步骤摘要】
量子通信掷硬币方法及中继系统
本专利技术涉及量子通信
，具体而言，涉及一种量子通信掷硬币方法及中继系统。
技术介绍
掷硬币协议是一种基础通信协议，远距离通信双方可以通过掷硬币协议获得一个统一且随机的掷硬币结果(例如，结果为0或1的比特值)，保证掷硬币的结果对双方都是公平的，即不受任何一方控制。掷硬币协议是多方安全计算协议的基础，保证掷硬币结果的随机性和不可篡改性对于协议的正确执行和安全性十分重要。然而，现有技术的掷硬币协议基于未被证明的数学难题，例如大数分解难题，其安全性是由计算复杂度来保证的。随着计算机计算能力的不断提高，乃至量子计算机的出现，或者出现可以快速破解的算法，那么现有掷硬币协议将完全不安全，也就是说其中一方可以完全控制掷硬币结果，不再是通信双方共同决定掷硬币结果的值了，从而影响掷硬币结果的随机性。而且，现有掷硬币协议的掷硬币结果有可能被第三方窃取。
技术实现思路
为了克服现有掷硬币技术中的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种量子通信掷硬币方法，应用于量子通信系统，所述量子通信系统包括第一终端、中继系统及第二终端；所述方法包括：所述第一终端依次产生多个光子发送给所述中继系统，并记录制备每个所述光子使用的制备基、制备比特值及发送序列号，其中，每个所述光子由所述第一终端在至少两个预设的制备基中随机选取一个产生；所述中继系统依次在多个测量基中随机选取一个对所述第一终端发送的光子进行测量，并记录每次测量选用的测量基、测量获得的测量比特值及接收序列号，其中，每个所述测量基与所述制备基中的一个相同；所述中继系统将第一次成功测量到的光子作为目标光子，告知第二终端已得到目标光子，并将所述目标光子的接收序列号发送给所述第一终端；所述第二终端产生一随机数加密后发送给所述第一终端；所述中继系统将所述目标光子对应的测量基及测量比特值加密后发送给第二终端；所述第一终端根据所述接收序列号查找制备该目标光子使用的制备基及制备比特值，将所述制备基及制备比特值加密后发送给所述第二终端，并根据所述随机数及所述制备比特值进行掷硬币计算得到掷硬币结果值；所述第二终端根据所述测量基及测量比特值对接收到的所述制备基及制备比特值的真实性进行校验，在校验通过后，根据所述随机数及所述制备比特值进行相同的所述掷硬币计算得到掷硬币结果值。可选地，在上述方法中，所述方法还包括：所述第一终端与所述中继系统预先通过量子密钥协商得到第一量子密钥，所述第一终端与所述中继系统之间的通信通过所述第一量子密钥进行加密；所述第二终端与所述中继系统预先通过量子密钥协商得到第二量子密钥，所述第二终端与所述中继系统之间的通信通过所述第二量子密钥加密；所述中继系统通过所述第二量子密钥进行密钥中继，使所述第一终端与所述第二终端共享所述第一量子密钥，所述第一终端与所述第二终端之间的通信通过所述第一量子密钥加密。可选地，在上述方法中，所述中继系统包括依次通信连接的多个中继节点；所述多个中继节点中最靠近所述第一终端的作为首中继节点与所述第一终端进行第一量子密钥的协商；所述多个中继节点中最靠近所述第二终端的作为尾中继节点与所述第二终端进行第二量子密钥的协商；所述多个中继节点之间相互进行量子密钥协商，并通过协商获得的量子密钥进行加密通信；所述多个中继节点依次进行密钥中继，使所述第一终端与所述第二终端共享所述第一量子密钥，所述第一终端与所述第二终端之间的通信通过所述第一量子密钥加密。可选地，在上述方法中，所述第一量子密钥包括第一密钥段及第二密钥段；所述第二终端在将所述随机数加密发送给所述第一中继时，使用所述第一密钥段进行加密；所述第一终端在将所述制备基及制备比特值发送给所述第二终端时，使用所述第二密钥段进行加密。可选地，在上述方法中，所述第二量子密钥包括第三密钥段及第四密钥段；所述中继系统在将所述第一量子密钥发送给所述第二终端进行密钥中继时，使用所述第三密钥段进行加密；所述中继系统在将所述测量基及测量比特值发送给所述第二终端时，使用所述第四密钥段进行加密。可选地，在上述方法中，所述第一终端、第二终端及中继系统在进行加密传输时，加密采用的密钥长度与待加密数据的长度相同。可选地，在上述方法中，所述方法还包括：所述第一终端与所述中继系统预先约定量子基选择参数；所述第一终端根据所述量子基选择参数产生所述多个制备基，所述中继系统通过所述量子基选择参数产生所述多个测量基。可选地，在上述方法中，所述第二终端根据所述测量基及测量比特值对接收到的所述制备基及制备比特值的真实性进行校验的步骤，包括：检测所述测量基与所述制备基是否相同；当所述测量基与所述制备基不相同时，通知所述第一终端重新向所述中继系统发送多个光子；当所述测量基与所述制备基相同时，检测所述测量比特值是否等于所述制备比特值；当所述测量比特值不等于所述制备比特值时，终止进行所述掷硬币结果值的计算；当所述测量比特值等于所述制备比特值时，执行根据所述随机数及所述制备比特值进行相同的所述掷硬币计算得到掷硬币结果值的步骤。本专利技术的另一目的在于提供一种中继系统，所述中继系统包括光子接收单元及通信单元；所述光子接收单元，用于依次在多个测量基中随机选取一个对所述第一终端发送的光子进行测量，并记录测量选用的测量基、测量获得的测量比特值及接收序列号，其中，所述光子由所述第一终端依次产生多个光子发送给所述中继系统，所述第一终端记录制备每个所述光子使用的制备基、制备比特值及发送序列号，其中，每个所述光子由所述第一终端在至少两个预设的制备基中随机选取一个产生，所述多个测量基分别与所述多个制备基相同；所述通信单元，用于将第一次成功测量到的光子作为目标光子，告知第二终端已得到目标光子，并将所述目标光子的接收序列号发送给所述第一终端，以使所述第一终端根据所述接收序列号查找制备该目标光子使用的制备基及制备比特值，将所述制备基及制备比特值加密后发送给所述第二终端，并根据所述随机数及所述制备比特值进行掷硬币计算得到掷硬币结果值；所述通信单元，还用于将该目标光子对应的测量基及测量比特值加密后发送给第二终端，使所述第二终端根据所述测量基及测量比特值对接收到的所述制备基及制备比特值的真实性进行校验，在验证通过后，根据所述随机数及所述制备比特值进行相同的所述掷硬币计算得到掷硬币结果值。进一步地，在上述中继系统中，所述中继系统包括依次通信连接的多个中继节点；所述多个中继节点中最靠近所述第一终端的作为首中继节点与所述第一终端进行第一量子密钥的协商；所述多个中继节点中最靠近所述第二终端的作为尾中继节点与所述第二终端进行第二量子密钥的协商；所述多个中继节点之间相互进行量子密钥协商，并通过协商获得的量子密钥进行加密通信；所述多个中继节点依次进行密钥中继，使所述第一终端与所述第二终端共享所述第一量子密钥，所述第一终端与所述第二终端之间的通信通过所述第一量子密钥加密。相对于现有技术而言，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的量子通信掷硬币方法及中继系统，通过第一终端、中继系统及第二终端之间的量子通信交互，可以保证掷硬币结果的随机性，同时防止掷硬币结果被第三方窃听。如此，可以大大提高掷硬币结果的可靠性和安全性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种量子通信掷硬币方法，应用于量子通信系统，其特征在于，所述量子通信系统包括第一终端、中继系统及第二终端；所述方法包括：所述第一终端依次产生多个光子发送给所述中继系统，并记录制备每个所述光子使用的制备基、制备比特值及发送序列号，其中，每个所述光子由所述第一终端在至少两个预设的制备基中随机选取一个产生；所述中继系统依次在多个测量基中随机选取一个对所述第一终端发送的光子进行测量，并记录每次测量选用的测量基、测量获得的测量比特值及接收序列号，其中，每个所述测量基与所述制备基中的一个相同；所述中继系统将第一次成功测量到的光子作为目标光子，告知第二终端已得到目标光子，并将所述目标光子的接收序列号发送给所述第一终端；所述第二终端产生一随机数加密后发送给所述第一终端；所述中继系统将所述目标光子对应的测量基及测量比特值加密后发送给第二终端；所述第一终端根据所述接收序列号查找制备该目标光子使用的制备基及制备比特值，将所述制备基及制备比特值加密后发送给所述第二终端，并根据所述随机数及所述制备比特值进行掷硬币计算得到掷硬币结果值；所述第二终端根据所述测量基及测量比特值对接收到的所述制备基及制备比特值的真实性进行校验，在校验通过后，根据所述随机数及所述制备比特值进行相同的所述掷硬币计算得到掷硬币结果值。...

【技术特征摘要】
1.一种量子通信掷硬币方法，应用于量子通信系统，其特征在于，所述量子通信系统包括第一终端、中继系统及第二终端；所述方法包括：所述第一终端依次产生多个光子发送给所述中继系统，并记录制备每个所述光子使用的制备基、制备比特值及发送序列号，其中，每个所述光子由所述第一终端在至少两个预设的制备基中随机选取一个产生；所述中继系统依次在多个测量基中随机选取一个对所述第一终端发送的光子进行测量，并记录每次测量选用的测量基、测量获得的测量比特值及接收序列号，其中，每个所述测量基与所述制备基中的一个相同；所述中继系统将第一次成功测量到的光子作为目标光子，告知第二终端已得到目标光子，并将所述目标光子的接收序列号发送给所述第一终端；所述第二终端产生一随机数加密后发送给所述第一终端；所述中继系统将所述目标光子对应的测量基及测量比特值加密后发送给第二终端；所述第一终端根据所述接收序列号查找制备该目标光子使用的制备基及制备比特值，将所述制备基及制备比特值加密后发送给所述第二终端，并根据所述随机数及所述制备比特值进行掷硬币计算得到掷硬币结果值；所述第二终端根据所述测量基及测量比特值对接收到的所述制备基及制备比特值的真实性进行校验，在校验通过后，根据所述随机数及所述制备比特值进行相同的所述掷硬币计算得到掷硬币结果值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：所述第一终端与所述中继系统预先通过量子密钥协商得到第一量子密钥，所述第一终端与所述中继系统之间的通信通过所述第一量子密钥进行加密；所述第二终端与所述中继系统预先通过量子密钥协商得到第二量子密钥，所述第二终端与所述中继系统之间的通信通过所述第二量子密钥加密；所述中继系统通过所述第二量子密钥进行密钥中继，使所述第一终端与所述第二终端共享所述第一量子密钥，所述第一终端与所述第二终端之间的通信通过所述第一量子密钥加密。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述中继系统包括依次通信连接的多个中继节点；所述多个中继节点中最靠近所述第一终端的作为首中继节点与所述第一终端进行第一量子密钥的协商；所述多个中继节点中最靠近所述第二终端的作为尾中继节点与所述第二终端进行第二量子密钥的协商；所述多个中继节点之间相互进行量子密钥协商，并通过协商获得的量子密钥进行加密通信；所述多个中继节点依次进行密钥中继，使所述第一终端与所述第二终端共享所述第一量子密钥，所述第一终端与所述第二终端之间的通信通过所述第一量子密钥加密。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一量子密钥包括第一密钥段及第二密钥段；所述第二终端在将所述随机数加密发送给所述第一终端时，使用所述第一密钥段进行加密；所述第一终端在将所述制备基及制备比特值发送给所述第二终端时，使用所述第二密钥段进行加密。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二量子密钥包括第三密钥段及第四密钥段；所述中继系统在将所述第一量子密钥发送给所述第二终端进行密钥中继时，使用所述第三密钥段进行加密...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵良圆，薛梦驰，刘选斌，尹纪成，邱红康，杨光，倪文强，
申请(专利权)人：江苏亨通问天量子信息研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32