一种基于GHZ态的动态串行密钥分发方法技术

本发明专利技术提出了一种基于GHZ态的动态串行密钥分发方法。本方法中，原始方首先随机生成长度为n的二进制串Kn＝{k1,k2…ki…kn}(ki∈{0,1})作为原始密钥，按照约定的规则依次根据ki(i＝1,2...n)的值制备n个三粒子GHZ态，顺序取出每个GHZ态中的粒子，形成三个长度为n的GHZ粒子序列。密钥共享方包含三个密钥共享用户集，每个用户集分别包含若干个共享用户方，每个密钥共享用户集分别对应一个GHZ粒子序列。以上可以看出本协议是具有用户门限值的，即不需要其中所有方的配合，只需要两个特定用户集中的所有用户配合就能获取密钥。此外密钥的长度和用户的个数都是任意的，可以动态地增加用户。另外，本协议只涉及单比特测量与单比特操作，因而易于实现。

【技术实现步骤摘要】
一种基于GHZ态的动态串行密钥分发方法
本专利技术属于量子信息安全领域，涉及量子安全通信协议，具体涉及一种用户数动态可调的串行密钥分发协议。
技术介绍
随着量子信息技术的发展，基于传统密码学的加密方法会变得越来越不安全，比如量子计算机具有快速分解质因子算法的能力，从而现有密码体型将不再安全。一种有效的加密手段是通过量子物理原理的量子密钥分配方案。基于量子力学的量子密码首先由美国的S.J.Wiesner[1]提出，1970年S.J.Wiesner提出了两个基于量子力学的工作，一是利用单量子态制造不可伪造的“电子钞票”，二是利用量子态来传送消息，这两个工作在当时的条件下难以完成。随后，1979年IBM公司的C.H.Bennett和蒙特利尔大学的G.Brassard了解到S.J.Wiesner的观点，他们发现量子态不易保存但可以用于传输信息。1984年，他们提出了第一个量子密钥分配方案，即BB84量子密钥分配方案[2]。在BB84协议的基础上M.Ardehali，H.F.Chau[3],P.Xue[4]等人提出了改进的高效BB84协议。在理论取得进步的同时，量子密钥分发实验也在如火如荼的发展，早在1989年IBM公司就建立了一个完全能工作的原型样机[5]，依赖于最近十几年科学技术的进步，量子密钥分发实验得到了显著的进步，2002年德国Weinfurter小组和英国Rarity小组完成了23.4km的自由空间分配，2005年中国科学技术大学潘建伟小组完成了13km以上的纠缠分配，2013年潘建伟小组在国际上首次实现，测量设备无关的量子密钥分发。量子纠缠态在量子密钥分配协议中扮演着重要的角色。1991年，牛津大学的Ekert提出了一种基于两粒子纠缠态的量子密钥分配方案，即Ekert91方案[6]。之后，D.Bruss[7]，N.Gisin[8]等人提出了基于六比特纠缠态的量子密钥分配方案，A.Peres[9]等人提出基于三比特纠缠态的量子密钥分配协议。在本协议中我们采用的纠缠态为三比特GHZ态，在Greenberger[10]等人提出多原子GreenbergerHoren-Zeilinger态(GHZ态)的概念后,Cirac[11]等人、Song[12]等人便提出了制备GHZ态的方案，因此本协议是切实可行的。另外，协议具有可动态添加用户，具有门限值等特点，并且只涉及单比特测量与单比特操作，因而易于实现。[1]WiesnerS.Conjugatecoding[J].SigactNews,1983,15(1):78～88.[2]BennentC.H.,andBrassardG.Anupdateonquantumcryptography[A].ProceedingsofCrypto84,August1984.AdvancesinCryptology[C].Springer-Verlag,1985,475～480.[3]ArdehaliM.,ChauH.F.,LoH.K.EfficientQuantumKeyDistribution.LosAlamospreprintarchivequant-ph/9803007,1999.[4]XueP.,LiC.F.,GuoG.C.,Efficientquantum-key-distributionschemewithnonmaximallyentangledstates[J].PhysicalReviewA,2001,64(3):585～587[5]BennentC.H.,BessetteF.,BrassardG.,SalvailL.,SmolinJ.Experimentalquantumcryptography[J].Cryptology,1992,5(1):3～28.[6]EkertA.K.QuantumcryptographybaseonBell’stheorem[J].PhysicalReviewLetters,1991,67(6):661～663.[7]BrussD.Optimaleavesdroppinginquantumcryptographywithsixstates[J].PhysicalReviewLetters,1998,81:3018～3021.[8]Bechmann-PasquinucciH.,GisinN.,IncoherentandCoherentEavesdroppinginthe6-stateProtocolofQuantumCryptography[J].PhysicalReviewA.1999,59:4238～4248.[9]Bechmann-PasquinucciH.,PeresA.,Quantumcryptographywith3-statesystems[J].PhysicalReviewLetters,2000,85(15):3313.[10]GreenbergerD.M.,HorneM.A.,ShimonyA.,ZeilingerA.Bell’stheoremwithoutinequalities[J].AmericanJournalofPhysics,1990,58(12):1131～1143.[11]CiracJ.I.,ZollerP.,Preparationofmacroscopicsuperpositionsinmany-atomsystems[J].PhysicalReviewA,1994,50(4):R2799.[12]SongK.H.,GuoG.C.,PreparationofEntangledAtomicStatesviaAtomsInteractingwiththeCavity-FieldinSU(1,1)CoherentState[J].ChinesePhysicsLetters,1999,16(3):160～161.
技术实现思路
为了解决现有协议存在的问题，本专利技术的目的是提高量子密钥分发的效率，降低误码率，以进行高效的量子对话。本专利技术方案可以按照以下步骤进行：一种基于GHZ态的动态串行密钥分发方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)密钥生成与用户集组成：原始方随机生成一组长度为n的二进制串Kn＝{k1,k2…ki…kn}(ki∈{0,1})作为原始密钥，再根据二进制串中字符ki(1≤i≤n)依次生成n组GHZ态，以构建三个长度为n的粒子序列SA,SB,SC，并依据如下规则：若ki＝0，原始方生成的GHZ态为若ki＝1，原始方生成的GHZ态为为了成功进行密钥分配，所有用户由三个用户集组成，具体如下：Alice＝{Alicet1|t1＝1,2...mA}Bob＝{Bobt2|t2＝1,2...mB}Charlie＝{Charliet3|t3＝1,2...mC}(2)序列分发和密钥共享：原始方依次取出每个GHZ态中的粒子，组成三个长度为n的粒子序列，分别为SA＝{Ai|i＝1,2...n}，SB＝{Bi|i＝1,2...n}，SC＝{Ci|i＝1,2...n}，之后在序列SA,SB,SC中加入足够多的诱骗粒子，形成新的粒子序列分别发送给各用户集中的第一个用户Alice1、Bob1、Charlie1；(3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于GHZ态的动态串行密钥分发方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)密钥生成与用户集组成：原始方随机生成一组长度为n的二进制串Kn＝{k1,k2…ki…kn}(ki∈{0,1})作为原始密钥，再根据二进制串中字符ki(1≤i≤n)依次生成n组GHZ态，以构建三个长度为n的粒子序列SA,SB,SC，并依据如下规则：若ki＝0，原始方生成的GHZ态为

【技术特征摘要】
1.一种基于GHZ态的动态串行密钥分发方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)密钥生成与用户集组成：原始方随机生成一组长度为n的二进制串Kn＝{k1,k2…ki…kn}(ki∈{0,1})作为原始密钥，再根据二进制串中字符ki(1≤i≤n)依次生成n组GHZ态，以构建三个长度为n的粒子序列SA,SB,SC，并依据如下规则：若ki＝0，原始方生成的GHZ态为若ki＝1，原始方生成的GHZ态为为了成功进行密钥分配，所有用户由三个用户集组成，具体如下：Alice＝{Alicet1|t1＝1,2...mA}Bob＝{Bobt2|t2＝1,2...mB}Charlie＝{Charliet3|t3＝1,2...mC}(2)序列分发和密钥共享：原始方依次取出每个GHZ态中的粒子，组成三个长度为n的粒子序列，分别为SA＝{Ai|i＝1,2...n}，SB＝{Bi|i＝1,2...n}，SC＝{Ci|i＝1,2...n}，之后在序列SA,SB,SC中加入足够多的诱骗粒子，形成新的粒子序列分别发送给各用户集中的第一个用户Alice1、Bob1、Charlie1；(3)密钥解析:第三方Dick发出请求，希望得到原始密钥，如果用户集Alice和Bob(或Charlie)中的所有用户同意，则用户集Alice、Bob(或Charlie)中的所有用户分别向第三方Dick公布对各个Ai和Bi(Ci)粒子实施的编码操作信息或者测量结果，第三方Dick据此得到用户集Alice、Bob(或Charlie)中所有的用户编码操作信息(或)以及(或)的测量结果之后第三方Dick根据编码操作集合与测量结果即可得出密钥Kn。2.如权利要求1所述的基于GHZ态的动态串行密钥分发方法，其特征在于，上述步骤(2)中，为使得各个用户获得部分密钥权限，用户集中的Alicet1(t1＝1,2...mA)、Bobt2(t2＝1,2...mB)、Charliet3(t3＝1,2...mC),在收到原始方或者同一用户集中的上一级粒子序列后，还需对序列中执行如下步骤：①收到序列的用户与原始方或者同一用户集中的上一级粒子序列进行信道安全检测②用户Alicet1(t1＝1,2...mA-1)、Bobt2(t2＝1,2...mB-1)、Charliet3(t3＝1,2...mC...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜敏，方盛晖，王宏基，黄旭，周刘蕾，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32