一种高效的量子隐私比较方法及系统技术方案

本发明专利技术属于通信网络技术领域，公开了一个高效的量子隐私比较方法及系统，在量子隐私比较协议中，只有半可信的server需要配置量子存储器、Bell态制备器、Bell态联合测量设备，而秘密信息比对双方只需配置测量和反射量子|0〉,|1〉态的量子设备就可以实现秘密信息的比对；在该协议运行过程中，半可信server可以由专门的量子服务器提供商提供，他只需严格遵照协议的要求执行，即使其记录协议通信过程中的数据，也无法获得用户的秘密信息。本发明专利技术的应用场景比现有协议易于实现，符合未来量子网络应用的实际场景，对量子通信网络的应用发展具有推动作用。

An Efficient Quantum Privacy Comparison Method and System

The invention belongs to the field of communication network technology, and discloses an efficient quantum privacy comparison method and system. In the quantum privacy comparison protocol, only semi-trusted servers need to configure quantum memory, Bell state preparers and Bell state joint measurement equipment, while only configuring the quantum devices of measuring and reflecting quantum | 0 and | 1 states can realize secret information. During the operation of the protocol, the semi-trusted server can be provided by a special quantum server provider. It only needs to strictly comply with the requirements of the protocol. Even if it records the data in the communication process of the protocol, it can not obtain the user's secret information. The application scenario of the present invention is easier to implement than that of the existing protocols, which conforms to the actual scenario of future quantum network applications and plays an important role in promoting the application and development of quantum communication networks.

【技术实现步骤摘要】
一种高效的量子隐私比较方法及系统
本专利技术属于通信网络
，尤其涉及一种高效的量子隐私比较方法及系统。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：随着量子通信网络的发展，量子通信的安全问题已成为当前业界研究的热点，而量子隐私比较问题是量子密码技术中亟待解决的难题之一。量子隐私比较是为了解决在不公开两方秘密信息的前提下，确定互不信任双方的秘密信息是否相等。量子隐私比较可以被应用于电子投票和电子拍卖等场景中，在保证用户隐私的前提下，实现信息的比对。2009年Yang等基于EPR(Einstein-Podolsky-Rosen)对提出了第一个量子隐私比较协议，该协议基于哈希函数和酉操作实现了两方信息是否相等的比对，在协议执行过程中，需要实现量子信息的双向传递。在Yang工作的基础上，Chen等基于GHZ(Greenberger-Horne-Zeilinger)态提出了一个量子隐私比较协议，在该协议执行时需要一个半可信的第三方协助通信双方进行秘密信息比对。随后，基于Yang和Chen等的工作，研究人员提出了一系列的量子隐私比较协议。基于对现有工作的分析，我们发现在设计量子隐私比较协议时，必须满足下述准则。在通信双方Alice和Bob进行秘密信息比对时，需要第三方server的协助，该第三方至少是半可信的，即server要严格按照协议的过程执行，但是在执行过程中，他将记录所有的数据，以期窃取到Alice和Bob的秘密信息，但是server不能与外部攻击者或Alice和Bob进行合谋攻击。server可以知道Alice的Bob的比较结果，及其具体的哪一位不同，但是不能获得Alice和Bob的任何秘密信息。所有外部用户可以知道Alice的Bob的比较结果，但是不能获得Alice和Bob的任何秘密信息。为了保证信息的安全性，可将秘密信息分成多个数据块，每次只比较秘密信息的一部分。综上所述，现有技术量子隐私比较协议存在的问题是：现有的一些量子隐私比较协议是基于量子密钥分发协议设计的，而量子密钥分发的前提是参与通信的双方是可信的，但是在量子隐私比较中参与通信的双方是不可信的，双方都希望额外获得对方的秘密信息。因此，基于量子密钥分发协议设计的隐私比较协议，存在秘密信息泄露的问题。现有的量子隐私比较协议在实现时，除了第三方需要配置各种量子设备外，通信双方也需配置量子存储器、对各种不同量子态进行测量的量子测量设备、酉操作设备、甚至量子纠缠设备。这些量子设备都非常昂贵，无法大面积配备，因此这些量子隐私比较协议无法应用于实际应用场景，这就限制了量子安全通信应用的推进进程。解决上述技术问题的难度和意义：难度在于：为了保证互不信任双方，能够平等的比较相互的秘密信息，需要在密钥建立时，保证协商的密钥是通信双方共同、平等地确定的，任意一方都无法单独控制生成密钥的值；在密钥生成前，任意一方都无法提前获知生成的密钥值。因此，如何在半可信第三方的协助下，实现通信双方密钥的平等协商，是一个难点。对于通信用户来说，购买量子设备太昂贵，现有的量子安全协议都无法被广泛应用。因此，为了推进量子安全通信网络的应用，在设计量子通信方法和系统时要考虑通信双方的量子能力，如何在通信双方只需具备基本量子能力的基础上，设计量子安全协议和系统，使通信用户达到量子级的安全通信，是另一难点。针对前面现有技术的所有缺点，本专利技术解决技术问题后带来的意义为：本专利技术在设计量子隐私比较协议时，考虑了通信双方不可信的问题，采用密钥协商方法，在半可信第三方的协助下，保证通信双方共同作用于最终的共享密钥，任何一方在密钥生成之前都无法决定最终的密钥结果，而且任意一方都无法先于对方获得共享密钥。因此，通过保证通信双方的公平性，从而保证了双方秘密信息的安全性。在专利所设计的量子隐私比较协议中，只有半可信的第三方需要配置量子存储器、Bell态制备器、Bell态联合测量设备，而秘密信息比对双方只需配置测量和反射量子|0>,|1>态的量子设备就可以实现秘密信息的比对。在该协议运行过程中，复杂的量子操作可以由专门的量子服务器提供商完成，该服务器提供商是半可信的，他将严格遵照协议的要求执行，但是会记录协议中的数据，以期获得用户的秘密信息；而用户只需配置简单的量子设备，就可以使用量子通信网络，在半可信服务器的协助下实现双方的秘密信息比对，达到量子级的安全通信。该协议的应用场景符合未来量子网络应用的实际场景，对量子通信网络的应用发展具有推动作用。
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高效的量子隐私比较方法及系统。本专利技术是这样实现的，一种高效的量子隐私比较方法，所述高效的量子隐私比较方法包括：第一步：半可信的第三方服务器制备2n个Bell态，每个Bell态处在|φ+>或|ψ+>态；半可信的第三方服务器用每个Bell态中的第一个粒子组成一个量子序列S1，用每个Bell态中的第二个粒子组成另一个量子序列S2，S1和S2的长度都是2n；随后，半可信的第三方服务器分别将S1发给第一通信方，S2发给第二通信方；第二步：第一通信方和第二通信方对收到的粒子随机选择使用基{|0>,|1>}测量粒子并保存测量结果，或将收到的粒子直接反射回给第三方服务器；最后第一通信方和第二通信方分别记录各自的测量结果和对每个粒子所采用的操作；第三步：半可信的第三方服务器存储第一通信方和第二通信方反射的所有粒子后，第一通信方和第二通信方分别公布对每个粒子所做的操作；半可信的第三方服务器只保留第一通信方和第二通信方同时采用反射操作的粒子对，并使用Bell基进行联合测量；半可信的第三方服务器再公布测量结果和所有Bell态的初始状态；第四步：基于半可信的第三方服务器公布的Bell态的初始状态和相应的Bell联合测量结果，第一通信方和第二通信方进行检测窃听，如果发现窃听者，则终止协议，否则继续下一步；第五步：第一通信方和第二通信方保留双方都进行测量的量子对，根据半可信的第三方服务器公布的初始Bell态的状态和第一通信方的测量结果第一通信方可以推测出第二通信方手中粒子的测量结果同理，第二通信方也可以推测出第一通信方手中粒子的测量结果第一通信方和第二通信方利用双方测量结果共同生成共享密钥这个密钥的长度接近n；第六步：第一通信方和第二通信方使用哈希函数h():{0,1}m→{0,1}n，分别计算和其中m表示输入数据的长度，n表示输出哈希值的长度；随后，第一通信方和第二通信方公布RA和RB；第七步：第一通信方和第二通信方分别计算如果RC的各位为0，则秘密信息相同；否则，第一通信方和第二通信方的秘密信息不相同。进一步，第一步，半可信的第三方服务器分别将S1发给第一通信方，S2发给第二通信方中，采用量子块传输技术，进行传输。进一步，Bell态为进一步，所述的高效的量子隐私比较方法进一步包括：从外部攻击和内部攻击对第一通信方和第二通信方获得的秘密信息进行安全性分析。进一步，所述的高效的量子隐私比较方法进一步包括：从生成共享密钥的效率对第一通信方和第二通信方获得的秘密信息进行分析；量子协议执行的通信效率通过计算获得，其中c为最终获得的秘密信息的位数，q为协议执行过程中传输的量子数，b为协议执行过程中传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效的量子隐私比较方法，其特征在于，所述高效的量子隐私比较方法包括：第一步：半可信的第三方服务器制备2n个Bell态，每个Bell态处在|φ+>或|ψ+>态；半可信的第三方服务器用每个Bell态中的第一个粒子组成一个量子序列S1，用每个Bell态中的第二个粒子组成另一个量子序列S2，S1和S2的长度都是2n；随后，半可信的第三方服务器分别将S1发给第一通信方，S2发给第二通信方；第二步：第一通信方和第二通信方对收到的粒子随机选择使用基{|0>,|1>}测量粒子并保存测量结果，或将收到的粒子直接反射回给第三方服务器；最后第一通信方和第二通信方分别记录各自的测量结果和对每个粒子所采用的操作；第三步：半可信的第三方服务器存储第一通信方和第二通信方反射的所有粒子后，第一通信方和第二通信方分别公布对每个粒子所做的操作；半可信的第三方服务器只保留第一通信方和第二通信方同时采用反射操作的粒子对，并使用Bell基进行联合测量；半可信的第三方服务器再公布测量结果和所有Bell态的初始状态；第四步：基于半可信的第三方服务器公布的Bell态的初始状态和相应的Bell联合测量结果，第一通信方和第二通信方进行检测窃听，如果发现窃听者，则终止协议，否则继续下一步；第五步：第一通信方和第二通信方保留双方都进行测量的量子对，根据半可信的第三方服务器公布的初始Bell态的状态和第一通信方的测量结果...

【技术特征摘要】
1.一种高效的量子隐私比较方法，其特征在于，所述高效的量子隐私比较方法包括：第一步：半可信的第三方服务器制备2n个Bell态，每个Bell态处在|φ+>或|ψ+>态；半可信的第三方服务器用每个Bell态中的第一个粒子组成一个量子序列S1，用每个Bell态中的第二个粒子组成另一个量子序列S2，S1和S2的长度都是2n；随后，半可信的第三方服务器分别将S1发给第一通信方，S2发给第二通信方；第二步：第一通信方和第二通信方对收到的粒子随机选择使用基{|0>,|1>}测量粒子并保存测量结果，或将收到的粒子直接反射回给第三方服务器；最后第一通信方和第二通信方分别记录各自的测量结果和对每个粒子所采用的操作；第三步：半可信的第三方服务器存储第一通信方和第二通信方反射的所有粒子后，第一通信方和第二通信方分别公布对每个粒子所做的操作；半可信的第三方服务器只保留第一通信方和第二通信方同时采用反射操作的粒子对，并使用Bell基进行联合测量；半可信的第三方服务器再公布测量结果和所有Bell态的初始状态；第四步：基于半可信的第三方服务器公布的Bell态的初始状态和相应的Bell联合测量结果，第一通信方和第二通信方进行检测窃听，如果发现窃听者，则终止协议，否则继续下一步；第五步：第一通信方和第二通信方保留双方都进行测量的量子对，根据半可信的第三方服务器公布的初始Bell态的状态和第一通信方的测量结果第一通信方可以推测出第二通信方手中粒子的测量结果同理，第二通信方也可以推测出第一通信方手中粒子的测量结果第一通信方和第二通信方利用双方测量结果共同生成共享密钥这个密钥的长度接近n；第六步：第一通信方和第二通信方使用哈希函数h():{0,1}m→{0,1}...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫丽丽，张仕斌，昌燕，盛志伟，
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