一种基于密集编码的多用户量子密钥分发方法及系统技术方案

本发明专利技术属于通信技术领域，公开了一种基于密集编码的多用户量子密钥分发方法及系统，网络中任意两个用户进行通信，由半可信第三方制备Bell粒子，分别发送给两个用户，根据粒子在X基和Z基的不同特性进行密钥的分发；半可信第三方公布对应的测量基；密钥分发的两个用户使用正确的测量基测量各自的粒子，根据测量结果，决定通信或放弃通信。本发明专利技术采用了密集编码的思想，一个粒子可以传输两个比特的信息，极大的提高的协议的效率，同时减少了网络结构的复杂度，具有很强的实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于密集编码的多用户量子密钥分发方法及系统
本专利技术属于通信
，尤其涉及一种基于密集编码的多用户量子密钥分发方法及系统。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：随着量子计算机研制的提出，经典的密码体制受到了极大的挑战。量子密钥分发可以使远距离的两个用户通过量子信道建立随机密钥。在保密通信系统中，n个用户进行密钥分发一般需要0.5n*(n-1)个信道。为了减少信道数量，提出一种基于密集编码的多用户量子密钥分发方法，能确保n个用户只需要n个信道就可以实现用户间的密钥分发。如果任意两个用户想要进行通信，由半可信第三方制备Bell粒子，分别发送给两个用户，根据粒子在X基和Z基的不同特性实现密钥分发，一个粒子能传输两比特的信息，极大的提高的协议的效率。综上所述，现有技术存在的问题是：现有技术中，用户数量越多，需要的信道数量也就越多，传输的效率会降低。现有技术中密钥的分发和重构没有基于量子特性，无法发现窃听，不能抵御截获重发攻击和纠缠攻击，安全性差。现有技术中，多用户的密钥分发网络结构复杂。n个用户进行密钥分发一般需要0.5n*(n-1)个信道。现有技术中，一个粒子只能传输一个比特的信息，传输的效率较低。解决上述技术问题的意义：建立量子信道，增加除了经典信道以外的量子信道。在公布测量基的时候采用经典信道，在粒子的分发阶段采用量子信道，可以利用窃听检测检查是否存在攻击。增加一个半可信第三方，通过TP这个中心节点，n个用户只需要n个信道就可以实现两两用户的密钥分发，有效的降低网络结构复杂度。采用Bell粒子，使用两种测量基对粒子进行测量，|0＞编码为00；|1＞编码为01；|+＞编码为10；|-＞编码为11，一个粒子可以传输两个比特的信息，极大的提高了协议的效率。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于密集编码的多用户量子密钥分发方法及系统。本专利技术是这样实现的，一种基于密集编码的多用户量子密钥分发方法，所述基于密集编码的多用户量子密钥分发方法包括：网络中任意两个用户进行通信，由半可信第三方制备Bell粒子，分别发送给两个用户，根据粒子在X基和Z基的不同特性进行密钥的分发；半可信第三方公布对应的测量基；密钥分发的两个用户使用正确的测量基测量各自的粒子，根据测量结果，决定通信或放弃通信。进一步，所述基于密集编码的多用户量子密钥分发方法具体包括：第一步，网络中的用户I与用户II进行密钥分发，通知半可信第三方；第二步，半可信第三方制备4种Bell态，其中|Ψ-＞态粒子作为检测粒子，其余三种状态用于密钥的分发；第三步，每个Bell态中有两个粒子，将其中的第一个粒子组成序列A发送给用户I；将第二个粒子组成序列B发送给用户II；第四步，用户I和用户II收到粒子之后，进行信道安全性检测，半可信第三方公布|Ψ-＞态粒子的位置及测量基，用户I和用户II用X基或Z基进行测量并用经典信道公布结果；比较用户I和用户II的测量结果，如果用户I和用户II的测量结果相反，信道安全，进行下一步，否则放弃通信；第五步，半可信第三方根据发送的Bell态公布测量基；如果是|Ψ+＞态，公布X基；如果是|Φ-＞态，公布Z基；如果是|Φ+＞态，随机公布X基或Z基；第六步，用户I和用户II选用第三方公布的测量基进行测量，测量结果为|0＞编码为00；测量结果为|1＞编码为01；测量结果为|+＞编码为10；测量结果为|-＞编码为11。进一步，Z基测量下的|0＞、|1＞在X基下表示为：X基测量下的|+＞、|-＞在Z基下表示为：四个Bell态在Z基和X基下的表示如下：由(3)式可知，纠缠态|Ψ±＞用Z基测量两个粒子，两个粒子的状态相反；纠缠态|Φ±＞用Z基测量两个粒子，两个粒子的状态相同；|Φ+＞和|Ψ+＞用X基测量两个粒子，两个粒子的状态相同；|Φ-＞和|Ψ-＞用X基测量两个粒子，两个粒子的状态相反。本专利技术的另一目的在于提供一种实现所述基于密集编码的多用户量子密钥分发方法的计算机程序。本专利技术的另一目的在于提供一种实现所述基于密集编码的多用户量子密钥分发方法的信息数据处理终端。本专利技术的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的基于密集编码的多用户量子密钥分发方法。本专利技术的另一目的在于提供一种实现所述基于密集编码的多用户量子密钥分发方法的基于密集编码的多用户量子密钥分发系统，所述基于密集编码的多用户量子密钥分发系统包括：用户密钥分发模块，用于网络中的用户I与用户II进行密钥分发，通知半可信第三方；半可信第三方制备Bell态模块，用于半可信第三方制备4种Bell态，其中|Ψ-＞态粒子作为检测粒子，其余三种状态用于密钥的分发；粒子组成序列模块，用于每个Bell态中有两个粒子，将其中的第一个粒子组成序列A发送给用户I；将第二个粒子组成序列B发送给用户II；信道安全检测模块，用于用户I和用户II收到粒子之后，进行信道安全性检测；半可信第三方公布测量基模块，半可信第三方根据发送的Bell态公布测量基；如果是|Ψ+＞态，公布X基；如果是|Φ-＞态，公布Z基；如果是|Φ+＞态，随机公布X基或Z基；用户测量基测量模块，用于用户I和用户II选用第三方公布的测量基进行测量。本专利技术的另一目的在于提供一种多用户量子密钥分发网络通信平台，所述多用户量子密钥分发网络通信平台至少搭载所述基于密集编码的多用户量子密钥分发系统。本专利技术的另一目的在于提供一种基于所述基于密集编码的多用户量子密钥分发方法的纠缠攻击检测方法，所述纠缠攻击检测方法包括：攻击者对每个粒子准备一个探针，将探针与用户I的粒子执行受控非门操作；受控非门作用在两个量子比特上，一个是目标量子比特，一个是源量子比特；如果源量子比特处于|1＞态，则目标量子比特进行翻转；如果源量子比特处于|0＞态，则目标量子比特不变；攻击者截取半可信第三方发送给用户I的序列A，通过受控非门操作，获得用户I的信息；在下式中，粒子1表示源量子比特，粒子2表示目标量子比特，攻击者选用探针|1＞态为目标量子比特；通过(4)式知，源量子比特为是|0＞态和|1＞态时，攻击者通过目标量子比特|1＞态判断出第三方发送的量子态；如果目标量子态不变，则发送的是|0＞态；如果目标量子态改变，则发送的是|1＞态；源量子比特或是|+＞态或者|-＞态，对应式子如下：通过(5)式知，源量子比特为|+＞态和|-＞态时，攻击者制备的目标量子比特状态发生了改变，无法通过纠缠攻击获得有效信息；如果攻击者进行纠缠攻击，会对半可信第三方发送的纠缠粒子引入错误，在进行窃听检测时被发现。本专利技术的另一目的在于提供一种网络防纠缠攻击检测预警平台，所述网络防纠缠攻击检测预警平台至少搭载用于实现所述纠缠攻击检测方法的控制器。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：以往的量子密钥分发大都是通信双方进行密钥分发，多数没有考虑到三方及以上的情况。随着用户数量的增加，需要考虑多用户密钥分发，因此需要设计更加实用的多用户密钥分发方法。如果网络中有n个用户，那么以往的密钥分发方法需要0.5n*(n-1)个量子信道，用户数量越多，那么所需的信道数量也就越多，因此传输的效率将会降低。本专利技术中密钥分发的两个用户只需要用正确的测量基测量各自的粒子，不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于密集编码的多用户量子密钥分发方法，其特征在于，所述基于密集编码的多用户量子密钥分发方法包括：网络中任意两个用户进行通信中，由半可信第三方制备Bell粒子，根据粒子在X基和Z基的不同特性，将密钥分别发送给两个用户；半可信第三方并公布对应的测量基；密钥分发的两个用户使用正确的测量基测量各自的粒子，根据测量结果，决定通信或放弃通信。

【技术特征摘要】
1.一种基于密集编码的多用户量子密钥分发方法，其特征在于，所述基于密集编码的多用户量子密钥分发方法包括：网络中任意两个用户进行通信中，由半可信第三方制备Bell粒子，根据粒子在X基和Z基的不同特性，将密钥分别发送给两个用户；半可信第三方并公布对应的测量基；密钥分发的两个用户使用正确的测量基测量各自的粒子，根据测量结果，决定通信或放弃通信。2.如权利要求1所述的基于密集编码的多用户量子密钥分发方法，其特征在于，所述基于密集编码的多用户量子密钥分发方法具体包括：第一步，网络中的用户I与用户II进行密钥分发，通知半可信第三方；第二步，半可信第三方制备4种Bell态，其中|Ψ->态粒子作为检测粒子，其余三种状态用于密钥的分发；第三步，每个Bell态中有两个粒子，将其中的第一个粒子组成序列A发送给用户I；将第二个粒子组成序列B发送给用户II；第四步，用户I和用户II收到粒子之后，进行信道安全性检测，半可信第三方公布|Ψ->态粒子的位置及测量基，用户I和用户II用X基或Z基进行测量并用经典信道公布结果；比较用户I和用户II的测量结果，如果用户I和用户II的测量结果相反，信道安全，进行下一步，否则放弃通信；第五步，半可信第三方根据发送的Bell态公布测量基；如果是|Ψ+>态，公布X基；如果是|Φ->态，公布Z基；如果是|Φ+>态，随机公布X基或Z基；第六步，用户I和用户II选用第三方公布的测量基进行测量，测量结果为|0>编码为00；测量结果为|1>编码为01；测量结果为|+>编码为10；测量结果为|->编码为11。3.如权利要求2所述的基于密集编码的多用户量子密钥分发方法，其特征在于，Z基测量下的|0>、|1>在X基下表示为：X基测量下的|+>、|->在Z基下表示为：四个Bell态在Z基和X基下的表示如下：由(3)式可知，纠缠态|Ψ±>用Z基测量两个粒子，两个粒子的状态相反；纠缠态|Φ±>用Z基测量两个粒子，两个粒子的状态相同；|Φ+>和|Ψ+>用X基测量两个粒子，两个粒子的状态相同；|Φ->和|Ψ->用X基测量两个粒子，两个粒子的状态相反。4.一种实现权利要求1～3任意一项所述基于密集编码的多用户量子密钥分发方法的计算机程序。5.一种实现权利要求1～3任意一项所述基于密集编码的多用户量子密钥分发方法的信息数据处理终端。6.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-3任意一项所述的基于密集...

【专利技术属性】
技术研发人员：张仕斌，李佳程，高艺珊，邵婷婷，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：四川,51