基于三方参与的量子拜占庭协定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三方参与的量子拜占庭协定方法，包括纠缠资源的分发；广播者C将连续变量量子态信息发送给接收者A和B；接收者A和B分别将各自收到的信号信息发送给对方；对拜占庭协定进行判断；若拜占庭协定失败，则接收者A和B判断两者之间的原始相关性，从而判定叛徒的身份。本发明专利技术采用连续变量量子图态来提供拜占庭协定解决方案必要的纠缠源，因此本发明专利技术方法具有高检测效率、高重复率和实验室易实现的特点，而且安全性高，还可以通过直观的图例来解释和呈现。

【技术实现步骤摘要】
基于三方参与的量子拜占庭协定方法
本专利技术属于量子分布式计算领域，具体涉及一种基于三方参与的量子拜占庭协定方法。
技术介绍
近年来，大规模且复杂的分发式系统正快速的发展。在这种情况下，保证高效率和高可靠性成为一个主要的主题。在无故障的分布式计算领域，一直存在着一个老的信息理论问题，即著名的拜占庭协定问题，它是分布式计算领域的一个基本问题。如今处在大数据时代，在出现不连续的外部更新的情况下，各服务器或处理器之间如何协定这一变化并最终保持一致的意见，从而确保数据的连续性和优雅性，使得这一问题的方法研究变得更加的迫切。所谓的三方参与的拜占庭协定问题可描述如下(如图1所示)：三方包括将军C，以及两个指挥官A和B，将军通过观察和分析敌情后决定采取行动(将作战行动以数据方式下发至指挥官A和B)，指挥官(A和B)之间只能通过信使联系和通信，同时，将军和指挥官中最多有一人是叛徒，而剩余的人则视为忠诚者，且拜占庭协定的最终结果为：若指挥官(A和B)能达成一个行动计划，若将军(C)是忠诚的，则将军(C)与指挥官(A和B)能达成一致的协议，即拜占庭协定成功；若将军(C)与指挥官(A和B)无法达成一致的协议，则认定三人中有一个为叛徒，拜占庭协定失败。目前，拜占庭协定问题的量子解决方案已经被广泛的研究。但是，目前的拜占庭协定问题的量子解决方案大多数均采用的是离散场景下的解决方案，其检测效率低，通信传输距离相对较近且离散变量量子态在实验室制备成本高昂不易实现。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种检测效率高、传输距离远的基于三方参与的量子拜占庭协定方法。本专利技术提供的这种基于三方参与的量子拜占庭协定方法，包括如下步骤：S1.纠缠资源的分发；S2.广播者C将连续变量量子态信息发送给接收者A和B；S3.接收者A和B分别将各自收到的信号发送给对方；S4.采用如下规则对拜占庭协定进行判断：若接收者A或B判定对方发送给自身的信号与自身从广播者C接收的信号一致，且广播者(C)是忠诚的，则判定拜占庭协定成立；若接收者A或B判定对方发送给自身的信号与自身从广播者C接收的信号不一致，此时拜占庭协定一定失败；S5.若拜占庭协定失败，则接收者A和B判断两者之间的原始相关性，从而判定叛徒的身份。所述的基于三方参与的量子拜占庭协定方法，所有的步骤中的信号接收后，接收者需要进行分发纠缠态的完整性检测。步骤S1所述的纠缠资源的分发，具体为采用如下步骤进行分发：(1)广播者C，以及接收者A和B共享一个如下式所表示的三模式的连续变量量子不加权图态：其中为第i个模式的正交振幅分量，er表示其后相应分量的起伏被放大，为第i个模式真空态的正交振幅分量，为第i个模式的正交相位分量，e-r表示其后相应分量起伏被压缩，为第i个模式真空态的正交相位分量，r为压缩因子且取值为大于0的正数，e表示指数，(0)表示真空态，i表示a、b或c。；(2)模式c发送给广播者C，模式a发送给接收者A，模式b发送给接收者B。步骤S5所述的接收者A和B判断两者之间的原始相关性从而判定叛徒的身份，具体为采用如下步骤进行判定：1)在A和B之间的原始纠缠图态采用逆傅里叶变换得到如下形式的两模式连续变量量子不加权图态：式中为傅里叶变换作用后的正交振幅分量，为傅里叶变换作用后的正交相位分量，j表示a或b；2)将步骤1)得到的模式a发送给接收者A，将步骤1)得到的模式b发送给接收者B；3)接收者A或B对自己的模式执行局域旋转变换，得到新的正交分量对，并通知对方；4)对方接收到新的正交分量对后，对自己的模式执行等效相应的操作，并进行验证：若验证通过，则认定接收者A和B之间的纠缠性未改变，判定接收者A和B均忠诚，发送者C为叛徒；若验证未通过，则认定接收者A和B之间有一者为叛徒，另一者和发送者C为忠诚的。上述步骤中涉及的判断协定信息是否相等的操作，具体为采用平衡的光束分束器进行判断。本专利技术提供的这种基于三方参与的量子拜占庭协定方法，采用连续变量量子图态提供了拜占庭协定解决方案必要的纠缠源，相比于离散变量量子态，基于连续变量的量子态在实验上具有易获取、易制备、易测量和易处理等特点，故而设计的方案具有高检测效率、高重复率和实验室易实现的特点；其次，由于量子测不准原理和量子不可克隆定理，广播信息与连续变量量子纠缠图态是相关的，它具有量子密码理论上的无条件安全性，因此这一特性确保了外部攻击者的被动攻击如伪造等的不可能性；最后，由于连续变量量子图态可用数学中的无向图来表述，拜占庭协定问题可以通过直观的图例来解释和呈现。附图说明图1为本专利技术中的三方参与的拜占庭协定问题的示意图。图2为本专利技术方法的方法流程图。图3为本专利技术方法的采用平衡的光束分束器进行判断的示意图。具体实施方式如图2所示为本专利技术方法的方法流程图：本专利技术提供的这种基于三方参与的量子拜占庭协定方法，具体包括如下步骤：如图1所示，三个参与者C(广播者)、A和B(均为接收者)共享三模式连续变量量子不加权图态，广播者将信息|αc>发送给接收者A和B，A和B接收到的信息为|αac>和|αbc>，然后这两个接收者互相交换他们接收到的发送者发送过来的信息，进行比较，最终确认下发信息的准确性和真实性：广播者C，接收者A和B，共享一个三模式的连续变量量子不加权图态，表示如下：其中为第i个模式的正交振幅分量，er表示其后相应分量起伏被放大，为第i个模式真空态的正交振幅分量，为第i个模式的正交相位分量，e-r表示其后相应分量起伏被压缩，为第i个模式真空态的正交相位分量，r为压缩因子且取值为大于0的正数，e表示指数，(0)表示真空态，i表示a、b或c；在理想条件下r→∞，可以得到如下的本征态等式关系此三模式不加权量子图态的邻接矩阵是一个3×3对称矩阵，其表示如下：其中1表示两个顶点或模式之间存在边，0表示两个顶点或模式之间不存在边且不考虑顶点自身的关系。此邻接矩阵可以更清楚的展示模式之间的关联性。然后模式c、a和b被分别发送给广播者C、接收者A和B；首先，发送者C发送连续变量量子态信息|αc>给接收者A和B，这一传输可以在无噪声的量子信道以及辅助的经典认证信道上完成；接收者A和B接收到的量子态信息分别用|αac>和|αbc>表示；量子态信息|αc>可以用分发的图态中的正交振幅分量x和正交相位分量p表示；此外，由于三个参与者共享量子图态之间的特殊的纠缠，任何对广播信息的不合法操作将会引起扰动，并将被诚实的参与者发现；在接收者A和B接收到量子态信息后，需要进行分发纠缠态的完整性检测，其目的在于保证纠缠度保持不变，且没有恶意操作破坏其纠缠；在具体实施时，所有的步骤中的信号接收后，接收者都必须进行分发纠缠态的完整性检测；然后，接收者A和B分别将各自收到的信号发送给对方，即接收者X传输信号信息|αXY>(X≠Y＝a,b)给另一个接收者Y，目的是接收者X将自己从广播者C处接收到的信息告诉给接收者Y；在三方参与的拜占庭协定问题中，至多有一个参与者为叛徒：若广播者为叛徒，则广播者可能发送不同的信息给接收者；若接收者之一为叛徒，则广播者会发送相同的信息给两个接收者，忠诚接收者将把收到的广本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三方参与的量子拜占庭协定方法，包括如下步骤：S1.纠缠资源的分发；S2.广播者C将连续变量量子态信息发送给接收者A和B；S3.接收者A和B分别将各自收到的信号发送给对方；S4.采用如下规则对拜占庭协定进行判断：若接收者A或B判定对方发送给自身的信号与自身从广播者C接收的信号一致，且广播者(C)是忠诚的，则判定拜占庭协定成立；若接收者A或B判定对方发送给自身的信号与自身从广播者C接收的信号不一致，此时拜占庭协定失败；S5.若拜占庭协定失败，则接收者A和B判断两者之间的原始相关性，从而判定叛徒的身份。

【技术特征摘要】
1.一种基于三方参与的量子拜占庭协定方法，包括如下步骤：S1.纠缠资源的分发；S2.广播者C将连续变量量子态信息发送给接收者A和B；S3.接收者A和B分别将各自收到的信号发送给对方；S4.采用如下规则对拜占庭协定进行判断：若接收者A或B判定对方发送给自身的信号与自身从广播者C接收的信号一致，且广播者(C)是忠诚的，则判定拜占庭协定成立；若接收者A或B判定对方发送给自身的信号与自身从广播者C接收的信号不一致，此时拜占庭协定失败；S5.若拜占庭协定失败，则接收者A和B判断两者之间的原始相关性，从而判定叛徒的身份。2.根据权利要求1所述的基于三方参与的量子拜占庭协定方法，其特征在于所有的步骤中的信号接收后，接收者都必须进行分发纠缠态的完整性检测。3.根据权利要求1或2所述的基于三方参与的量子拜占庭协定方法，其特征在于步骤S1所述的纠缠资源的分发，具体为采用如下步骤进行分发：(1)广播者C，以及接收者A和B共享一个如下式所表示的三模式的连续变量量子不加权图态：其中为第i个模式的正交振幅分量，er表示其后相应分量起伏被放大，为第i个模式真空态的正交振幅分量，为第i个模式的正交相位分量，e-r表示其后相应分量起伏被压缩，第i个模式真空态的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭迎，冯艳艳，施荣华，石金晶，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43