无代理量子比特承诺协议的终端互信构建方法及模拟装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种无代理量子比特承诺协议的终端互信构建方法及模拟装置，方法包括：步骤1：相互通信的终端获取目标比特；步骤2：承诺终端生成承诺消息，并发送给验证终端；步骤3：验证终端验证承诺终端是否是合法承诺方，若是，验证终端与承诺终端之间通信可信任，否则，验证终端终止与承诺终端的当前通信；其中，验证终端将解密后的承诺消息与目标比特进行比较得到验证控制比特或者得出承诺终端不是合法承诺方的结论；验证终端再比较验证控制比特与承诺比特是否相同，若相同，承诺终端是合法承诺方，否则，承诺终端不是合法承诺方。本发明专利技术使通信终端在没有第三方公共平台作用下建立信任，提高通信安全同时降低了通信协议的复杂度。

Terminal mutual trust construction method and simulation device without proxy quantum bit commitment protocol

The invention discloses a terminal mutual trust construction method and an analog device without proxy qubit commitment protocol. The method includes step 1: the terminal of mutual communication gets the target bit; step 2: the commitment terminal generates the promise message and sends it to the verification terminal; step 3: verify that the terminal verification terminal is a legitimate carrier. If the communication between the authentication terminal and the promised terminal is trustworthy, otherwise, the authentication terminal terminates the current communication with the promised terminal; in which the authentication terminal compares the decrypted message with the target bit to obtain the verification control bit or the conclusion that the promised terminal is not a legitimate commitment party; Then compare and verify whether the control bit and the commitment bit are the same, if the same, the commitment terminal is the legitimate promisor, otherwise, the commitment terminal is not the legitimate promisor. The invention enables the communication terminal to establish trust without the third party common platform, improves the communication security and reduces the complexity of the communication protocol.

【技术实现步骤摘要】
无代理量子比特承诺协议的终端互信构建方法及模拟装置
本专利技术属于量子通信
，具体涉及一种无代理量子比特承诺协议的终端互信构建方法及模拟装置。
技术介绍
随着电子商务，特别是网络金融的迅猛发展，诸如互联网终端等越来越多的缺乏相互信任的通信者之间需要进行合作，因此确保互不信任的各终端之间建立信任成为保证未来互联网经济健康发展的基础，而实现安全的“比特承诺”则是这类研究必须解决的奠基性课题。为实现安全“比特承诺”，各国科学家在过去几十年中进行了不懈努力。其中，经典密码学有两种解决方案，为使用第三方公共平台或者利用计算复杂性假设。然而，这两种方案都被证实存在安全隐患，即无法实现“无条件安全”。迄今为止，大部分的比特承诺都不具备完全安全性，若要满足绝对安全性，总是需要借助第三方代理平台完成整个承诺过程的监督及相关资源的提前存储，这无疑会消耗很多资源。因此，有必要探究一种无代理的量子比特承诺协议，并保证整个过程安全可靠，目的不纯的第三方不能窃取和探听到相关的承诺信息。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供无代理量子比特承诺协议的终端互信构建方法及模拟装置，使原互不信任的通信终端在没有第三方公共平台作用下建立信任，可以有效地防止目的不纯的第三方窃取和探听相关的承诺信息，降低了通信终端之间通信协议的复杂度。一方面，本专利技术提供一种无代理量子比特承诺协议的终端互信构建方法，包括如下步骤：步骤1：相互通信的终端利用BB84协议获取密钥kAB，并依据密钥kAB获取目标比特|P>；其中，所述目标比特|P>为所述密钥kAB对应的量子比特，相互通信的终端为承诺终端和验证终端；步骤2：所述承诺终端生成承诺消息，并发送给验证终端；其中，承诺终端随机选择承诺比特b，并将所述承诺比特b作为控制比特以及采用受控非门机制控制目标比特|P>得到承诺消息；再对所述承诺消息采用加密传输的方式发送给验证终端；步骤3：验证终端验证承诺终端是否是合法承诺方，若是，验证终端与承诺终端之间的通信为可信任的，否则，验证终端终止与承诺终端的当前通信；其中，验证终端验证承诺终端是否是合法承诺方的过程如下：首选，验证终端采用预设解密方式解密所述承诺消息；然后，验证终端将解密后的承诺消息与步骤1中的目标比特|P>进行比较；若解密后的承诺消息与目标比特|P>中每个对应比特不满足均一致或者均相反的条件，承诺终端不是合法承诺方；否则，验证终端依据步骤2中的受控非门机制得到验证控制比特b′，承诺终端再通过经典通道发送承诺比特b的获取方式给验证终端，验证终端获取承诺比特b并继续判断验证控制比特b′与承诺比特b是否相同，若相同，承诺终端是合法承诺方，若不同，承诺终端不是合法承诺方。利用承诺比特b进行处理完成比特承诺以及承诺验证，基于量子比特承诺的约束性和隐蔽性的特点，有效地解决了承诺终端和验证终端之间的信任问题，且不需要借助第三方即可完成验证，无需代理，进而可以防止第三方窃取和探听相关的承诺信息。其中，隐蔽性要求指在协议的第一个阶段结束时，接收方得不到发送方承诺比特b的值。即使一个不诚实的接收方也要满足这个条件，称一个承诺方案是完全隐蔽的是指接收方不能从承诺消息中获取关于承诺比特b的任何有用信息。约束性要求给定第一阶段的交互信息，接收者只能接受一个合法的承诺，即使发送者试图欺骗的情况下该条件也要求成立。因此，基于量子比特承诺的特点，上述方法保证了终端之间安全通信。其中，承诺终端随机了选择了承诺比特b，且承诺比特b也是密钥kAB中的某一位置信息，故步骤3中承诺终端通过经典通道发送的步骤2中的承诺比特b的获取方式为发送承诺比特b对应在密钥kAB中的位置信息。进一步优选，步骤2中所述受控非门机制如下：当承诺比特b为0时，承诺消息为目标比特|P>；当承诺比特b为1时，将目标比特|P>转置后得到承诺消息。进一步优选，步骤3中验证终端依据所述受控非门机制得到的验证控制比特的过程如下：若步骤3中得到的承诺消息与目标比特|P>中每个对应比特均一致，则依据所述受控非门机制得到的验证控制比特b′为0；若得到的承诺消息与目标比特|P>中每个对应比特均相反，则依据所述受控非门机制得到的验证控制比特b′为1。例如目标比特|P>＝|1>|0>|0>|1>|0>，得到的承诺消息f如下所示：进一步优选，步骤1的执行过程如下：步骤1.1：承诺终端随机选择两组随机数来生成量子比特串并发送给验证终端；其中，随机数为0或1，一组随机数表示待发送的密钥，另一组随机数表示测量基，两组随机数中同一位置的随机数组成一个两位组合数，形成的每个两位组合数对应量子比特串中一个量子比特，每一类两位组合数对应一类偏振态；表示量子比特串中第i个量子比特，以及表示四种偏振态；步骤1.2：验证终端随机选择一个测量基序列MB测量量子比特串中的每个量子比特得到测量结果，并通过经典通道将所选择的测量基序列MB发送给承诺终端；其中，⊥、O分别表示针对线偏振光子和圆偏振光子的测量基；步骤1.3：承诺终端将所述测量基序列MB和步骤1.1中一组随机数所表示的测量基进行比对得到比对结果，并将所述比对结果发送给验证终端；所述比对结果为所述测量基序列MB中各个测量基选择正确或选择错误；步骤1.4：验证终端依据步骤1.3的比对结果得出测量基的选择出错率，并判断所述选择出错率是否小于预设约束条件，若是，则执行步骤1.5；否则，承诺终端与验证终端被窃听；步骤1.5：承诺终端和验证终端分别保留测量结果和量子比特串中选择正确的测量基对应的量子比特进而得到密钥kAB，再依据密钥kAB对应的量子态得到目标比特|P>。步骤1.1中两组随机数制备量子比特串中的量子比特，制备规则如下表格1所示：表1其中，第一行的随机数表示待发送的密钥，第二行的随机数表示测量基，其中，1表示⊥，0表示O。进一步地，Alice表示承诺终端，Bob表示验证终端，若承诺终端Alice随机选择的两组随机数分别为：01101010和10110010，其中，10110010这组随机数表示测量基，则密钥kAB的生成过程如下表2的演示过程所示：表2从表2可知，若Bob使用测量基⊥来测量会以100％的概率得到但使用测量基⊥来测量结果是随机的，会以50％的概率得到或以50％的概率得到而原始状态的消息丢失了。也就是说，当测量后得到状态我们不能确定原本的状态是还是这两个不正交的状态无法被彻底分辨，故保留选择正确的测量基对应的量子比特，再将保留的量子比特还原得到密钥kAB，上述表2得到的密钥kAB为10010，则对应的目标比特|P>＝|1>|0>|0>|1>|0>。进一步优选，步骤2中所述加密传输的方式为：利用步骤1中的密钥kAB加密所述承诺消息，并将加密后的承诺消息发送给验证终端。进一步优选，步骤3中预设解密方式是指利用密钥kAB解密被加密的承诺消息。利用BB84协议分配的密钥kAB既作为目标比特|P&本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无代理量子比特承诺协议的终端互信构建方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：相互通信的终端利用BB84协议获取密钥kAB，并依据密钥kAB获取目标比特|P＞；其中，所述目标比特|P＞为所述密钥kAB对应的量子比特，相互通信的终端为承诺终端和验证终端；步骤2：所述承诺终端生成承诺消息，并发送给验证终端；其中，承诺终端随机选择承诺比特b，并将所述承诺比特b作为控制比特以及采用受控非门机制控制目标比特|P＞得到承诺消息；再对所述承诺消息采用加密传输的方式发送给验证终端；步骤3：验证终端验证承诺终端是否是合法承诺方，若是，验证终端与承诺终端之间的通信为可信任的，否则，验证终端终止与承诺终端的当前通信；其中，验证终端验证承诺终端是否是合法承诺方的过程如下：首选，验证终端采用预设解密方式解密所述承诺消息；然后，验证终端将解密后的承诺消息与步骤1中的目标比特|P＞进行比较；若解密后的承诺消息与目标比特|P＞中每个对应比特不满足均一致或者均相反的条件，承诺终端不是合法承诺方；否则，验证终端依据步骤2中的受控非门机制得到验证控制比特b′，承诺终端再通过经典通道发送承诺比特b的获取方式给验证终端，验证终端获取承诺比特b并继续判断验证控制比特b′与承诺比特b是否相同，若相同，承诺终端是合法承诺方，若不同，承诺终端不是合法承诺方。...

【技术特征摘要】
1.一种无代理量子比特承诺协议的终端互信构建方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：相互通信的终端利用BB84协议获取密钥kAB，并依据密钥kAB获取目标比特|P＞；其中，所述目标比特|P＞为所述密钥kAB对应的量子比特，相互通信的终端为承诺终端和验证终端；步骤2：所述承诺终端生成承诺消息，并发送给验证终端；其中，承诺终端随机选择承诺比特b，并将所述承诺比特b作为控制比特以及采用受控非门机制控制目标比特|P＞得到承诺消息；再对所述承诺消息采用加密传输的方式发送给验证终端；步骤3：验证终端验证承诺终端是否是合法承诺方，若是，验证终端与承诺终端之间的通信为可信任的，否则，验证终端终止与承诺终端的当前通信；其中，验证终端验证承诺终端是否是合法承诺方的过程如下：首选，验证终端采用预设解密方式解密所述承诺消息；然后，验证终端将解密后的承诺消息与步骤1中的目标比特|P＞进行比较；若解密后的承诺消息与目标比特|P＞中每个对应比特不满足均一致或者均相反的条件，承诺终端不是合法承诺方；否则，验证终端依据步骤2中的受控非门机制得到验证控制比特b′，承诺终端再通过经典通道发送承诺比特b的获取方式给验证终端，验证终端获取承诺比特b并继续判断验证控制比特b′与承诺比特b是否相同，若相同，承诺终端是合法承诺方，若不同，承诺终端不是合法承诺方。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2中所述受控非门机制如下：当承诺比特b为0时，承诺消息为目标比特|P＞；当承诺比特b为1时，将目标比特|P＞转置后得到承诺消息。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤3中验证终端依据所述受控非门机制得到的验证控制比特的过程如下：若步骤3中得到的承诺消息与目标比特|P＞中每个对应比特均一致，则依据所述受控非门机制得到的验证控制比特b′为0；若得到的承诺消息与目标比特|P＞中每个对应比特均相反，则依据所述受控非门机制得到的验证控制比特b′为1。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1的执行过程如下：步骤1.1：承诺终端随机选择两组随机数来生成量子比特串并发送给验证终端；其中，随机数为0或1，一组随机数表示待发送的密钥，另一组随机数表示测量基，两组随机数中同一位置的随机数组成一个两位组合数，形成的每个两位组合数对应量子比特串中一个量子比特，每一类两位组合数对应一类偏振态；表示量子比特串中第i个量子比特，以及表示四种偏振态；步骤1.2：验证终端随机选择一个测量基序列MB测量量子比特串中的每个量子比特得到测量结果，并通过经典通道将所选择的测量基序列MB发送给承诺终端；其中，⊥、O分别表示针对线偏振光子和圆偏振光子的测量基；步骤1.3：承诺终端将所述测量基序列MB和步骤1.1中一组随机数所表示的测量基进行比对得到比对结果，并将所述比对结果发送给验证终端；所述比对结果为所述测量基序列MB中各个测量基选择正确或选择错误；步骤1.4：验证终端依据步骤1.3的比对结果得出测量基的选择出错率，并判断所述选择出错率是否小于预设约束条件，若是，则执行步骤1.5；否则，承诺终端与验证终端被窃听；步骤1.5：承诺终端和验证终端分别保留测量结果和量子比特串中选择正确的测量基对应的量子比特进而得到密钥kAB，再依据密钥kAB对应的量子态得到目标比特|P＞。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2中所述加密传输的方式为：利用步骤1中的密钥kAB加密所述承诺消息，并将加密后的承诺消息发送给验证终端。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤3中预设解密方式是指利用密钥kAB解密被加密的承诺消息。7.一种用于权利要求1-4任一项所述方法的模拟装置，其特征在于，包括相互通信的承诺终端和验证终端；其中，所述承诺终端与所述验证终端之间网线连接，承诺终端和验证终端均包括控制端，承诺终端还包括四个二级激光管、小孔光阑、第三凸透镜以及受控非门逻辑器，所述验证终端还包括分光束、第一偏振片、第二偏振片、第一凸透镜、第二凸透镜、第一探测器、第二探测器以及逆控制非门逻辑器；所述承诺终...

【专利技术属性】
技术研发人员：施荣华，丁菀亭，石金晶，周芳，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43