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基于高能级bell态的无序高容量多方量子密钥协商方法技术

技术编号:19436291 阅读:49 留言:0更新日期:2018-11-14 13:06
本发明专利技术涉及一种基于高能级bell态的无序高容量多方量子密钥协商方法,为了提供更加灵活高效的量子秘钥共享方式而设计。本发明专利技术的方法包括:将初始bell态分成两个粒子序列Si,1和Si,2,向粒子序列Si,2中插入诱饵单光子序列,形成传输序列

【技术实现步骤摘要】
基于高能级bell态的无序高容量多方量子密钥协商方法
本专利技术属于量子保密通信
,具体是一种基于高能级bell态的无序高容量多方量子密钥协商方法。
技术介绍
量子密码学是密码学与量子力学相结合的产物。通常把通信双方以量子态为信息载体,利用量子力学原理,通过量子信道传输,在保密通信双方之间建立共享密钥的方法,称为量子密钥分发。其安全性由量子力学中的不确定性关系及量子不可克隆定理所保证。绝对安全性是指窃听者智商极高,采用最高明的窃听策略,使用一切可能的先进仪器,在这些条件下密钥仍然是安全的。窃听者的基本窃听策略有两类:一是通过对携带着经典信息的量子态进行测量,从其测量的结果来获得所需的信息。但是量子力学的基本原理告诉我们,对量子态的测量会干扰量子态本身,因此这种窃听方式必然会留下痕迹而被合法用户所发现;二是避开直接量子测量而采取量子复制机来复制传送信息的量子态,窃听者将原量子态传送给信息接收者,而留下复制的量子态进行测量以窃取信息,这样就不会留下任何会被发现的痕迹。但是量子不可克隆定理确保了窃听者不会成功,任何物理上可行的量子复制机都不可能克隆出与输入量子态完全一样的量子态来。因此,量子密码术原则上可以提供不可破译、不可窃听的保密通讯体系。目前,量子秘钥分发作为量子信息技术中最有应用前景的技术之一,随着量子技术的发展,已经能够在光纤通道或数公里的空间通道中实现信息传输。量子秘钥协商(量子密钥分配、量子密钥共享)是量子密码及量子信息技术中的一个重要分支。作为密码应用技术中的一种,经典秘密共享理论最初是在1979年由BLAKLEY和SHAMIR提出的,他们分别发表了基于LaGrange内插多项式和射影几何定理的文章,也就是(k,n)门限密钥分散管理方法。该方法可以保证安全有效的密钥管理,还能避免权利过分集中。随着量子信息技术的发展,量子计算会对由传统密码体系保护的信息的安全构成致命打击。传统意义上不可破解的经典密码在量子信息技术的发展下已不再坚不可摧。量子信息领域的密码技术研究也已得到了很大的发展,出现了如多方量子秘密共享,基于中国剩余定理的量子秘密共享以及高效的多方量子秘密共享等许多量子秘密共享方法。这些方法的出现弥补了经典领域的不足,大大提高了通信的安全性和可靠性。量子密钥协商的主要思想是:在通信的双方Alice和Bob之间共享一组秘钥,且这组秘钥不能由任意单方完全决定,而是由Alice和Bob共同决定产生。在协议开始前,Alice和Bob各自拥有一部分秘钥,通过密钥协商双方可以同时得到对方的部分秘钥,从而得到完整的秘钥。因为量子秘钥协商可以在不完全安全的通信信道上确保信息的机密性和完整性,自被提出以来,就得到了各国研究者的广泛关注。利用量子安全直接通信(QuantumSecureDirectCommunication,QSDC)来构建信道的思想是由WANG等人在2005年提出来的,当然还有其他的量子通信协议。在2002年,LONG等人首次提出了量子安全直接通信方法。次年,DENG等人提出了two-step方法,在他们所提出的方法中,还针对量子安全直接通信的安全性问题,提出了四种必备条件以满足安全通信的目的,即Deng-long标准。在量子秘钥协商协议中,具有预防和检测攻击能力的信道检验是一个协议成功与否的关键。本专利技术中涉及到了高能级bell态,并利用了高能级bell态的优势。早在1999年,陈一新等人就提出了对高能级原子的连续跳跃和连续量子测量。近些年来,国内外对高能级量子态的研究一直在进行,尤其是在高能级量子态的物理实现方面有了很大的发展。另外,效率提升技术及安全性分析一直是量子密码领域的研究热点,人们一直在寻找一种更加灵活高效的量子秘钥共享方式。
技术实现思路
为解决上述技术问题,本专利技术的目的是提供一种提高现有协议的信息容量,减少经典信息传输的消耗,降低测量难度,提高粒子利用效率的基于高能级bell态的无序高容量多方量子密钥协商方法。为达到上述专利技术目的,本专利技术基于高能级bell态的无序高容量多方量子密钥协商方法,有n位用户Pi(i=1,2…n)参与量子密钥协商,且用户都通过了网络中心服务器的身份认证。每位用户都拥有一组长为m的d进制秘钥序列Ki:K1=(K1,1,K1,2…K1,m)K2=(K2,1,K2,2…K2,m)……Kn=(Kn,1,Kn,2…Kn,m);所述方法包括:第一步:每一位参与秘钥协商的合法用户都接收到网络中心服务器发送的m/2个初始d能级bell态,其基本形式如下所示:n位用户将拥有的初始bell态分成两个粒子序列,记作:其中下标i表示该粒子序列属于用户i(i=1,2…n);序列Si,1由用户Pi拥有的m/2个初始bell态的第一个粒子组成,序列Si,2由m/2个初始bell态的第二个粒子组成。第二步:用户Pi向粒子序列Si,2中随机地插入诱饵单光子序列Zi,形成传输序列这些诱饵单光子随机的从(|0>,|1>,…,|d-1>,|+>,|->)这些状态中选取,其中用户Pi通过量子信道将传输序列发送给用户第三步:确认用户接收到传输序列后,用户Pi向用户公布量子序列中诱饵单光子的位置,同时公布相应的测量基;其中|0>,|1>,…,|d-1>采用Z基测量,|+>、|->选取X基测量;用户根据用户Pi公布的信息提取出诱饵单光子,并采用相应的测量基进行测量得到测量结果Ri;随后将测量结果Ri发送给用户Pi,用户Pi可以通过提前设定的阈值来检测是否存在窃听者;如果错误率低于预设的阈值,表示没有窃听者,继续执行第四步;否则,如果错误率超出了提前设定的阈值,就舍弃之前的全部操作重新开始协议;第四步:安全检测通过后,用户丢弃诱饵单光子并恢复出粒子序列Si,2;用户将其拥有的秘钥序列两两一组分成m/2组秘钥对:{(Ki+1,1,Ki+1,2),(Ki+1,3,Ki+1,4),…,(Ki+1,m-1,Ki+1,m)}并根据这m/2组秘钥对从如下d能级幺正操作中选取m/2个d能级幺正操作Umn。d能级下的幺正操作一般形式如下:其中d表示能级数,m表示对幅度的操作,n表示对相位的操作;根据秘钥对选取好幺正操作后,用户对粒子序列Si,2进行幺正操作,得到粒子序列S′i,2。此时,初始的d能级bell态变成如下形式:用户随后随机向粒子序列S′i,2中插入诱饵单光子序列,形成传输序列通过量子信道发送给下一位用户第五步:用户重复执行步骤三和步骤四进行安全检测和消息编码;如果所有的序列都是安全的,他们就会在每个序列相应的量子位上编码它们的密钥,并在序列中随机插入诱饵单光子序列,然后将发送给下一个参与者,否则,他们将中止协议并重新启动。第六步:接收到经过所有其他用户加密操作后的传输序列后,用户Pi在用户的帮助下进行安全检测。安全检测通过后,用户Pi丢弃诱饵单光子并恢复出粒子序列Si,2。然后,用户Pi根据自己的秘钥序列Ki对接收到的粒子序列Si,2进行相应的幺正操作。此时,粒子序列Si,1和Si,2都在用户Pi手中,且所有的用户都对粒子序列Si,2进行了幺正操作。用户本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于高能级bell态的无序高容量多方量子密钥协商方法,有n位用户Pi(i=1,2…n)参与量子密钥协商,且用户都通过了网络中心服务器的身份认证;每位用户都拥有一组长为m的d进制秘钥序列Ki:K1=(K1,1,K1,2…K1,m)K2=(K2,1,K2,2…K2,m)……Kn=(Kn,1,Kn,2…Kn,m);其特征在于,所述方法包括:第一步:每一位参与秘钥协商的合法用户都接收到网络中心服务器发送的m/2个初始d能级bell态,其基本形式如下所示:

【技术特征摘要】
1.一种基于高能级bell态的无序高容量多方量子密钥协商方法,有n位用户Pi(i=1,2…n)参与量子密钥协商,且用户都通过了网络中心服务器的身份认证;每位用户都拥有一组长为m的d进制秘钥序列Ki:K1=(K1,1,K1,2…K1,m)K2=(K2,1,K2,2…K2,m)……Kn=(Kn,1,Kn,2…Kn,m);其特征在于,所述方法包括:第一步:每一位参与秘钥协商的合法用户都接收到网络中心服务器发送的m/2个初始d能级bell态,其基本形式如下所示:n位用户将拥有的初始bell态分成两个粒子序列,记作:其中下标i表示该粒子序列属于用户i(i=1,2…n);序列Si,1由用户Pi拥有的m/2个初始bell态的第一个粒子组成,序列Si,2由m/2个初始bell态的第二个粒子组成;第二步:用户Pi向粒子序列Si,2中随机地插入诱饵单光子序列Zi,形成传输序列这些诱饵单光子随机的从(|0>,|1>,…,|d-1>,|+>,|->)这些状态中选取,其中用户Pi通过量子信道将传输序列发送给用户第三步:确认用户接收到传输序列后,用户Pi向用户公布量子序列中诱饵单光子的位置,同时公布相应的测量基;其中|0>,|1>,…,|d-1>采用Z基测量,|+>、|->选取X基测量;用户根据用户Pi公布的信息提取出诱饵单光子,并采用相应的测量基进行测量得到测量结果Ri;随后将测量结果Ri发送给用户Pi,用户Pi可以通过提前设定的阈值来检测是否存在窃听者;如果错误率低于预设的阈值,表示没有窃听者,继续执行第四步;否则,如果错误率超出了提前设定的阈值,就舍弃之前的全部操作重新开始协议;第四步:安全检测通过后,用户丢弃诱饵单光子并恢复出粒子序列Si,2;用户将其拥有的秘钥序列两两一组分成m/2组秘钥对:{(Ki+1,1,Ki+1,2),(Ki+1,3,Ki+1,4),…,(Ki+1,m-1,Ki+1,m)}并根据这m/2组秘钥对从如下d能级幺正操作中选取m/2个d能级幺正操作Umn;d能级下的幺正操作一般形式如下:其中d表示能级数,m表示对幅度的操作,n表示对相位的操作;根据秘钥对选取好幺正操作后,用户对粒子序列Si,2进行幺正操作,得到粒子序列S′i,2;...

【专利技术属性】
技术研发人员:曹刚姜敏李青孙兵黄旭
申请(专利权)人:苏州大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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