一种基于GHZ态的量子密钥分发方法技术

本发明专利技术公开了一种基于GHZ态的量子密钥分发方法，所述基于GHZ态的量子密钥分发方法基于三粒子GHZ态在X基下的特殊性质；由第三方进行粒子分配，利用三粒子GHZ态在Z基和X基下具有不同的表示的特性作为密钥分发的关键点。本发明专利技术具有第三方TP(Third Part)为其他两名用户进行密钥分发的协议，大大减少了用户之间的量子传输信道，降低了复杂度，同时也减轻了成本，具有很大的实际意义；经过安全性分析。本协议能抵御截获重发攻击，中间人攻击和纠缠攻击，而作为第三方可以是不可信的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于量子密钥分发
，尤其涉及一种基于GHZ态的量子密钥分发方法。
技术介绍
随着量子计算机和分布式计算的发展，传统的密码安全受到巨大的挑战。由于量子具有独特的性质能保证信息的安全，于是研究者们纷纷把目光投向了量子密钥分发(QuantumKeyDistributionQKD)。QKD的安全性是由量子力学中的海森堡测不准原理、量子不可克隆定理、纠缠粒子的关联性和非定域性等物理特性来保证的。1984年，Bennett和Brassard利用单光子的偏振态共同研发了世界上第一个QKD(BB84协议)；1992年，Bennett又提出了使用非正交单光子比特来实现的QKD(B92协议)；1991年，英国牛津大学的Ekert首次提出利用Bell态纠缠特性的QKD；1992年Bennett、Brassard和Mermim对Ekert的方案进行改进，使之更加简洁，即不使用Bell态来实现QKD。随着量子技术的快速发展，量子身份认证QIA(QuantumIdentityAuthentication)也逐渐发展起来。与此同时，量子秘密共享QSS(QuantumSecretSharing)和量子隐私比较QPC(QuantumPrivateComparison)也在快速发展中。传统QKD是点对点的密钥分发，用户数为n时，用户U1与其他n-1个用户进行密钥分发会需要n-1条量子信道。当n名用户中的任意两名用户需要量子密钥分发时，总共需要n！条量子传输信道。随着用户数的增加，用户之间需要的量子信道会急速的增加，这样增加了网络结构复杂度，也极大的提高了成本。综上所述，传统QKD是点对点的密钥分发存在用户之间需要的量子信道会急速增加，使得网络结构复杂度，成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于GHZ态的量子密钥分发方法，旨在解决传统QKD是点对点的密钥分发存在用户之间需要的量子信道会急速增加，使得网络结构复杂度，成本高的问题。本专利技术是这样实现的，一种基于GHZ态的量子密钥分发方法，所述基于GHZ态的量子密钥分发方法基于三粒子GHZ态在X基下的特殊性质；由第三方进行粒子分配，利用三粒子GHZ态在Z基和X基下具有不同的表示的特性作为密钥分发的关键点。进一步，所述Z基的|0>和|1>在X基的表达式如(1)：X基的|+>和|->在Z基的表达式如(2)：处于Z基下的三粒子GHZ态的在X基下的表示方式如下：三粒子GHZ态在X基的表达是为(3)；表达式(3)中存在以下关系：当第1个粒子为|+>时，第2和第3粒子为|+>|+>或者|->|->，第2第3粒子相同；当第1个粒子为|->时，第2和第3粒子为|+>|->或者|->|+>，第2第3粒子相反。基于这个特性。进一步，所述基于GHZ态的量子密钥分发方法包括以下步骤：步骤一，TP制备n对处于的三粒子GHZ态，把第1(2,3)个粒子抽取出来按顺序编成序列S1(S2，S3)；TP在量子序列S1和S2相同位置插入相同状态的诱惑粒子，诱惑粒子包含|0>，|1>，|+>和|->；TP保留S3，把S1发送给U1，S2发送给U2；步骤二，U1收到S1，U2收到S2之后，通知TP，TP接到通知之后，公布诱惑粒子的位置和相对应的基，|1>和|0>选择Z基，|+>和|->选择X基；U1,U2分别抽出相应位置的诱惑粒子，选择相应的测量基检测其状态；若出现错误的测量结果低于阈值，进行下一步；若出现错误的测量结果高于阈值，放弃此次通信；步骤三，TP使用X基对自己手中S3进行测量，然后公布测量结果；步骤四，U1使用X基测量自己手中S1序列，按照|+>编码为1,|->编码为0的规则生成一个二进制密钥序列k1；步骤五，U2使用X基测量自己手中S2序列，按照|+>编码为1,|->编码为0的规则生成一个二进制密钥序列k2；U2再根据TP公布的s3的测量结果对自己手中k2进行修正。进一步，所述修正的规则如下：(2)若TP公布的S3中第i位测量结果为|+>，则k2对应的第i位的二进制数不变；(2)若TP公布的S3中第i位测量结果为|->，则k2对应的第i位的二进制数取反，1变为0,0变为1。本专利技术的另一目的在于提供一种利用所述基于GHZ态的量子密钥分发方法的量子计算机。本专利技术的另一目的在于提供一种利用所述基于GHZ态的量子密钥分发方法的分布式计算系统。本专利技术提供的基于GHZ态的量子密钥分发方法，具有第三方TP(ThirdPart)为其他两名用户进行密钥分发的协议，结构如图2所示；本专利技术设计了一种具有中心节点的，由第三方辅助的量子密钥分发。由于中心节点的存在，使传统的点对点密钥分发变成了具有网络拓扑结构的量子密钥分发系统。中心节点的存在，大大减少了系统存在多用户时，用户之间的量子传输信道过多的问题，降低了复杂度，同时也减轻了成本。本专利技术的协议由第三方进行粒子分配，利用三粒子GHZ态在Z基和X基下具有不同的表示的特性作为密钥分发的关键点；协议中由第三方向任意两名用户分发密钥如图2所示，大大减少了量子信道的数量。经过安全性分析，本协议能抵御截获重发攻击，中间人攻击和纠缠攻击，而作为第三方可以是不可信的。本专利技术的协议基于三粒子GHZ态在X基下的特殊性质，设计了本协议；该协议通过第三方的辅助，对任意两名用户进行密钥分发。解决了多用户之间密钥分发需要大量量子传输信道数量的问题。经过协议分析，证明了协议的可行性。安全性分析表明本协议能抵御截获重发攻击，中间人攻击和纠缠攻击。同时对第三方TP的信任问题进行了分析，表明了协议不需要一个可信的第三方。附图说明图1是本专利技术实施例提供的基于GHZ态的量子密钥分发方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的有中心节点结构图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。如图1所示，本专利技术实施例提供的基于GHZ态的量子密钥分发方法包括以下步骤：S101：TP制备n对三粒子GHZ态，把第1(2,3)个粒子抽取出来按顺序编成序列S1(S2，S3)。TP在量子序列S1和S2相同位置插入相同状态的诱惑粒子；TP保留S3，把S1发送给U1，S2发送给U2；S102：U1收到S1，U2收到S2之后，通知TP。TP接到通知之后，公布诱惑粒子的位置和相对应的基；U1,U2分别抽出相应位置的诱惑粒子，选择相应的测量基检测其状态。若出现错误的测量结果低于阈值，进行下一步；若出现错误的测量结果高于阈值，放弃此次通信；S103：TP使用X基对自己手中S3进行测量，然后公布测量结果；S104：U1使用X基测量自己手中S1序列，按照|+>编码为1,|->编码为0的规则生成一个二进制密钥序列k1；S105：U2使用X基测量自己手中S2序列，按照|+>编码为1,|->编码为0的规则生成一个二进制密钥序列k2；U2再根据TP公布的s3的测量结果对自己手中k2进行修正。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于GHZ态的量子密钥分发方法，其特征在于，所述基于GHZ态的量子密钥分发方法基于三粒子GHZ态在X基下的特殊性质；由第三方进行粒子分配，利用三粒子GHZ态在Z基和X基下具有不同的表示的特性作为密钥分发的关键点。

【技术特征摘要】
1.一种基于GHZ态的量子密钥分发方法，其特征在于，所述基于GHZ态的量子密钥分发方法基于三粒子GHZ态在X基下的特殊性质；由第三方进行粒子分配，利用三粒子GHZ态在Z基和X基下具有不同的表示的特性作为密钥分发的关键点。2.如权利要求1所述的基于GHZ态的量子密钥分发方法，其特征在于，所述Z基的|0>和|1>在X基的表达式如(1)：|0>=12(|+>+|->),|1>=12(|+>-|->)---(1)]]>X基的|+>和|->在Z基的表达式如(2)：|+>=12(|0>+|1>),|->=12(|0>-|1>)---(2)]]>处于Z基下的三粒子GHZ态的在X基下的表示方式如下：三粒子GHZ态在X基的表达是为(3)；表达式(3)中存在以下关系：当第1个粒子为|+>时，第2和第3粒子为|+>|+>或者|->|->，第2第3粒子相同；当第1个粒子为|->时，第2和第3粒子为|+>|->或者|->|+>，第2第3粒子相反。3.如权利要求1所述的基于GHZ态的量子密钥分发方法，其特征在于，所述基于GHZ态的量子密钥分发方法包括以下步骤：步骤一，TP制备n对处于的三粒子GHZ态，把第1(2,3)个粒子抽取出来按顺序编成序列S1(S2，S3)；TP在量子序列S1和S2相同位置插入相同状态的诱惑...

【专利技术属性】
技术研发人员：张仕斌，江英华，昌燕，韩桂华，杨帆，
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