本发明专利技术公开了一种基于三粒子GHZ纠缠态的量子安全直接通信协议：Alice制备N组处于GHZ纠缠态的粒子，将C'2序列发送给Bob；Bob分别对A21、B21序列进行单粒子测量，Alice对C21序列进行单粒子测量，若两次测量的结果不满足对应关系，则认为有窃听；否则对A1、B1进行编码，再将A22、B22序列中的粒子插入到A1、B1并打乱顺序，形成序列C'3发送给Bob；Bob分别对A22、B22序列进行单粒子测量；Alice对C22序列进行单粒子测量，若两次测量的结果不满足对应关系，则认为有窃听；否则Bob对A1、B1、C1进行联合测量获得Alice发来的信息。该协议能够有效提高QSDC通信的安全性，其错误检测概率高达62.5%。
【技术实现步骤摘要】
一种基于三粒子GHZ纠缠态的量子安全直接通信方法
本专利技术属于量子安全通信领域，具体涉及一种基于三粒子GHZ纠缠态的量子安全直接通信(QSDC)方法。
技术介绍
文献1“WangC,DengFG,LongGL.Multi-stepquantumsecuredirectcommunicationusingmulti-particleGreen–Horne–Zeilingerstate[J].Opticscommunications,2005,253(1):15-20.”提出了一种利用三粒子的GHZ纠缠态来构造量子安全通信(QSDC)的方法，该方法基于三粒子GHZ态的密集编码相对于Bell态来说具有更高的编码效率。该方法在安全检验上采用从用于信息传递的粒子中抽取一部分作为校验粒子，所以在安全性方面，该QSDC方案和现有其他的QSDC方案一样并没有提高，由于窃听方Eve的影响，其错误检测率仅为50％。文献2“曹正文，冯晓毅，康维宏，罗锐，姜恩春，基于一类W态密集编码的量子安全直接通信，光电子·激光，2012，23(6)：1152-1158。”提出了一种利用三粒子W态QSDC通信方法，在粒子分发阶段，只将粒子分组一次，即A、B和C序列分别分成A1和A2序列、B1和B2序列、C1和C2序列；信道进行了两次安全检测；在信息传输阶段用粒子顺序重排和插入诱骗光子相结合的方法来提高对窃听者的检测率。该方法需要利用量子纠缠特性通过联合测量对信道检测2次；并且利用了诱骗光子，实现过程复杂，其错误检测概率不超过50％。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本专利技术的目的在于，提供一种基于三粒子GHZ纠缠态的量子安全直接通信方法，该方法能够有效提高QSDC通信的安全性，其错误检测概率高达62.5％。为了实现上述任务，本专利技术采用如下的技术方案予以解决：一种基于三粒子GHZ纠缠态的量子安全直接通信方法，具体步骤如下：(1)Alice制备N组处于GHZ纠缠态的粒子，记为：[S1(A),S1(B),S1(C)]，[S2(A),S2(B),S2(C)]，，...，[SN(A),SN(B),SN(C)]，其中，GHZ纠缠态为然后取出所有组中的第一个粒子组成A序列，记为：[S1(A),S2(A),S3(A),......,SN(A)]，取出所有组中的第二个粒子组成B序列，记为：[S1(B),S2(B),S3(B),....,SN(B)]，取出所有组中的第三个粒子组成C序列，记为：[S1(C),S2(C),S3(C),....,SN(C)]；最后，从A序列、B序列、C序列中分别抽取长度为N2且互为纠缠的一部分粒子，分别组成A2、B2、C2；A2、B2、C2用于安全检验；A序列、B序列、C序列中剩余的部分分别为A1、B1、C1，A1、B1、C1的长度均为N1；将A2、B2、C2再按长度分别等分为A21、B21、C21与A22、B22、C22；将A21、B21和C1组合为新的序列C'1；然后，Alice将C'1序列的粒子顺序任意打乱，形成的新序列，记为C'2，并记录C'2序列中各粒子的位置信息；(2)Alice将C'2序列发送给Bob，然后再向Bob发送A21、B21序列中各粒子在C'2序列中的位置信息；但不需要说明粒子是属于A21序列还是属于B21序列；Bob收到C'2序列后，随机选择Z基或X基对A21、B21序列对应位置的粒子进行单粒子测量，并将测量基及测量结果通过经典信道告知Alice；(3)Alice接收到Bob发送的测量信息后，对C21序列中相应位置的粒子选择与步骤(2)中A21、B21序列中对应的各粒子相同的测量基进行测量；将C21序列中每个粒子的测量结果与Bob发回的测量结果相比较，若两次测量结果不满足对应关系，则认为有窃听存在，Alice和Bob通信终止，否则，确定通信过程安全，执行步骤(4)；(4)当确定通信过程安全时，Alice进入信息的传输阶段。首先，Alice根据要传输的信息对A1、B1进行编码，再将A22、B22序列中的粒子插入到A1、B1序列中，将顺序打乱，形成C'3序列，并记录C'3序列中各粒子位置信息；(5)Alice将C'3序列发送给Bob；然后Alice再向Bob发送A22、B22序列中各粒子在C'3序列中的位置信息，但不需要说明粒子是属于A1序列还是属于B1序列；Bob收到C'3序列后，随机选择Z基或X基分别对A22、B22序列对应位置的粒子进行单粒子测量，并将测量基及测量结果通过经典信道告知Alice；(6)Alice接收到Bob发送的测量信息后，对C22序列中相应位置的粒子选择与步骤(6)中A22、B22序列中对应的各粒子相同的测量基进行测量；将C22序列中每个粒子的测量结果与Bob发回的测量结果相比较，若两次测量结果不满足对应关系，则认为有窃听的存在，Alice和Bob通信终止；否则，确定通信过程安全，执行步骤(7)；(7)确定通信过程安全，Bob对A1、B1、C1进行联合测量得到Alice发来的信息，通信成功。进一步的，所述步骤(1)中，N>3。进一步的，所述步骤(1)中，N1>N2。本专利技术的原理及优点如下：由于通常QSDC通信方法中安全检测部分利用的是GHZ纠缠态的纠缠特性和不可克隆定理，三粒子GHZ态在测量的情况下会分别以50％的概率塌缩到两个固定态|000>ABC和|111>ABC上，而对于二维希伯特空间中的三粒子可能处于的状态有23种。在本专利技术的通信方法中，使用于安全检验的处于纠缠的A序列粒子、B序列粒子由发送方Alice经信道传输给接收方Bob，在没有窃听方Eve攻击时，Bob测得的处于纠缠的粒子的状态应该是|00>AB或|11>AB，若有Eve攻击时，由于参与校验的粒子受到攻击后可能出现的状态数大大增加，诱使Eve在窃听时会有更多错误情况出现，从而增大检测概率。从安全性分析的角度出发，这种改变使得通信过程中在面临截获重发攻击、测量重发攻击时的安全性有较大的提升。具体实施方式假设通信的发送方和接收方分别为Alice和Bob，本专利技术基于三粒子GHZ纠缠态的量子安全直接通信方法的具体步骤如下：(1)Alice制备N组处于GHZ纠缠态的粒子，记为：[S1(A),S1(B),S1(C)]，[S2(A),S2(B),S2(C)]，，...，[SN(A),SN(B),SN(C)]，其中，N>3，GHZ纠缠态为然后取出所有组中的第一个粒子组成A序列，记为：[S1(A),S2(A),S3(A),......,SN(A)]，取出所有组中的第二个粒子组成B序列，记为：[S1(B),S2(B),S3(B),....,SN(B)]，取出所有组中的第三个粒子组成C序列，记为：[S1(C),S2(C),S3(C),....,SN(C)]；最后，从A序列、B序列、C序列中分别抽取长度为N2且互为纠缠的一部分粒子，分别组成A2、B2、C2；A2、B2、C2用于安全检验；A序列、B序列、C序列中剩余的部分分别为A1、B1、C1，A1、B1、C1的长度均为N1(N1>N2)，A1、B1、C1用于编码；将A2、B2、C2再按长度分别等分为A21、B21、C21与本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于三粒子GHZ纠缠态的量子安全直接通信协议，其特征在于，具体步骤如下：（1）Alice制备N组处于GHZ纠缠态的粒子，记为：[S1(A),S1(B),S1(C)]，[S2(A),S2(B),S2(C)]，，···，[SN(A),SN(B),SN(C)]，其中，GHZ纠缠态为然后，取出所有组中的第一个粒子组成A序列，记为：[S1(A),S2(A),S3(A),......,SN(A)]，取出所有组中的第二个粒子组成B序列，记为：[S1(B),S2(B),S3(B),....,SN(B)]，取出所有组中的第三个粒子组成C序列，记为：[S1(C),S2(C),S3(C),....,SN(C)]；最后，从A序列、B序列、C序列中分别抽取长度为N2且互为纠缠的一部分粒子，分别组成A2、B2、C2；A2、B2、C2用于安全检验；A序列、B序列、C序列中剩余的部分分别为A1、B1、C1，A1、B1、C1的长度均为N1；将A2、B2、C2再按长度分别等分为A21、B21、C21与A22、B22、C22；将A21、B21和C1组合为序列C'1；然后，Alice将C'1序列的粒子顺序任意打乱，形成的新序列，记为C'2，并记录C'2序列中各粒子的位置信息；（2）Alice将C'2序列发送给Bob，然后再向Bob发送A21、B21序列中各粒子在C'2序列中的位置信息，但不需要说明粒子是属于A21序列还是属于B21序列；Bob收到C'2序列后，随机选择Z基或X基对A21、B21序列对应位置的粒子进行单粒子测量，并将所采用的测量基及测量结果通过经典信道告知Alice；（3）Alice接收到Bob发送的测量信息后，对C21序列中相应位置的粒子选择与步骤（2）中A21、B21序列中对应的各粒子相同的测量基进行测量；将C21序列中每个粒子的测量结果与Bob发回的测量结果相比较，若两次测量结果不满足对应关系，则认为有窃听存在，Alice和Bob通信终止；否则，确定通信过程安全，执行步骤（4）；（4）当确定通信过程安全时，Alice进入信息的传输阶段。首先，Alice根据要传输的信息对A1、B1进行编码，再将A22、B22序列中的粒子插入到A1、B1序列中，将顺序打乱，形成C'3序列，并记录C'3序列中各粒子位置信息；（5）Alice将C'3序列发送给Bob；然后Alice再向Bob发送A22、B22序列中各粒子在C'3序列中的位置信息，但不需要说明粒子是属于A22序列还是属于B22序列；Bob收到C'3序列后，随机选择Z基或X基分别对A22、B22序列对应位置的粒子进行单粒子测量，并将采用的测量基及测量结果通过经典信道告知Alice；（6）Alice接收到Bob发送的测量信息后，对C22序列中相应位置的粒子选择与步骤（5）中A22、B22序列中对应的各粒子相同的测量基进行测量；将C22序列中各粒子的测量结果与Bob发回的测量结果相比较，若两次测量结果不满足对应关系，则认为有窃听的存在，Alice和Bob通信终止；否则，确定通信过程安全，执行步骤（7）；（7）确定通信过程安全，Bob对A1、B1、C1进行联合测量得到Alice发来的信息；通信成功。...
【技术特征摘要】
1.一种基于三粒子GHZ纠缠态的量子安全直接通信方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)Alice制备N组处于GHZ纠缠态的粒子，记为：[S1(A),S1(B),S1(C)]，[S2(A),S2(B),S2(C)]，···，[SN(A),SN(B),SN(C)]，其中，GHZ纠缠态为然后，取出所有组中的第一个粒子组成A序列，记为：[S1(A),S2(A),S3(A),......,SN(A)]，取出所有组中的第二个粒子组成B序列，记为：[S1(B),S2(B),S3(B),····,SN(B)]，取出所有组中的第三个粒子组成C序列，记为：[S1(C),S2(C),S3(C),····,SN(C)]；最后，从A序列、B序列、C序列中分别抽取长度为N2且互为纠缠的一部分粒子，分别组成A2、B2、C2；A2、B2、C2用于安全检验；A序列、B序列、C序列中剩余的部分分别为A1、B1、C1，A1、B1、C1的长度均为N1；将A2、B2、C2再按长度分别等分为A21、B21、C21与A22、B22、C22；将A21、B21和C1组合为序列C'1；然后，Alice将C'1序列的粒子顺序任意打乱，形成的新序列，记为C'2，并记录C'2序列中各粒子的位置信息；其中，N>3；N1>N2；(2)Alice将C'2序列发送给Bob，然后再向Bob发送A21、B21序列中各粒子在C'2序列中的位置信息，但不需要说明粒子是属于A21序列还是属于B21序列；Bob收到C'2序列后，随机选择Z基或X基对A21、B21序列对应位置的粒子进行单粒子测量，...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹正文，彭进业，曾贵华，白亚波，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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