一种测量设备无关的量子安全直接通信系统技术方案

本发明专利技术实施例提供一种测量设备无关的量子安全直接通信系统，包括：发送端，接收端，和第三方，其中，发送端和接收端分别制备用于安全检测的第一光子序列和第三光子序列并发送给第三方进行测量，进而发送端和接收端根据测量结果进行安全检测，当安全检测通过后，发送端将需要传输的信息加载到预先构建好的第二光子序列中，并发送给第三方，接收端将第四光子序列发送给第三方，第三方将第二光子序列和第四光子序列的测量结果发送给接收端，以完成一次通信过程，其中，第一光子序列和第二光子序列中包含相互纠缠的光子对；第三光子序列和第四光子序列中包含相互纠缠的光子对。本发明专利技术可以在保证通信安全的前提下避免探测设备造成的安全漏洞。

A device independent quantum secure direct communication system

The embodiment of the present invention provides a quantum secure direct communication system independent of measurement devices, including a sender, a receiver, and a third party, wherein the sender and the receiver prepare the first photon sequence and the third photon sequence for security detection respectively and send them to the third party for measurement, and then the sender and the receiver are sent to the third party for measurement. According to the measurement results, when the security detection passes, the sender loads the transmitted information into the pre-constructed second photon sequence and sends it to the third party, the receiver sends the fourth photon sequence to the third party, and the third party sends the measurement results of the second photon sequence and the fourth photon sequence. To complete a communication process, the first photon sequence and the second photon sequence contain entangled photon pairs; the third photon sequence and the fourth photon sequence contain entangled photon pairs. The invention can avoid the security holes caused by the detection device under the premise of ensuring the communication safety.

【技术实现步骤摘要】
一种测量设备无关的量子安全直接通信系统
本专利技术实施例涉及量子通信领域，尤其涉及一种测量设备无关的量子安全直接通信系统。
技术介绍
经典信息传输安全的实现方案大多是信息发送方把明文用密钥加密为密文，经过传输后，信息接收方用密钥把密文解密为明文。该过程的密钥产生与分发所依赖的密钥体系，其安全性属于计算安全性。即以现有的经典计算机水平无法在有效时间内破解密钥。但是随着量子计算机相关研究的发展，以及量子算法的出现，导致传统意义上依赖于计算安全性的经典密钥体系受到了威胁。量子保密通信是量子力学与信息论相结合的交叉学科，其目的在于提供一种新的依靠物理机制来保证信息传输安全的方法。量子安全保密通信方案主要分为三类，分别是量子密钥分发(Quantumkeydistribution,QKD),量子秘密共享(Quantumsecretshare,QSS)以及量子安全直接通信(Quantumsecuredirectcommunication,QSDC)。量子保密通信保证信息传输安全的原理主要依赖于物理中的“量子随机性”与“量子不可克隆原理”。不过在其应用中，实际器件与理论上有一定偏差，导致其实际安全性受到一定威胁。量子通信系统一般使用单光子源或纠缠光源作为信息载体，包括光源、传输信道与测量装置三大部分，每一个部分都存在部分安全漏洞。针对这些漏洞，部分研究者已经提出了一些量子攻击方案，这些方案大多针对探测设备的缺陷展开。测量设备无关(Measurementdeviceindependent,MDI)技术主要是为了解决测量设备漏洞问题而提出的一种技术，最早应用在QKD方案上。所谓的MDI，实际上是把原先处于通信方的探测过程交由第三方来进行探测并公开相应探测结果。第三方不一定是可信的，因此所有针对探测设备的攻击手段都可以等价为第三方的攻击行为。由于通信双方不再拥有任何探测设备，故在此环境下设计的，可以保证安全的量子保密通信方案相当于屏蔽掉了针对探测器漏洞的量子攻击手段。量子安全直接通信在理论上具有诸多优点，但是由于在实际应用中仍然需要依赖物理器件，因此器件特别是探测器本身缺陷带来的漏洞无法避免。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种测量设备无关的量子安全直接通信系统，用以解决现有技术中量子通信时探测器本身缺陷造成的安全漏洞问题。本专利技术实施例提供一种测量设备无关的量子安全直接通信系统，包括：发送端，用于制备第一光子序列和第二光子序列，所述第一光子序列用于发送给第三方并进行安全检测，所述第二光子序列用于加载信息，并发送给第三方以完成通信。接收端，用于制备第三光子序列和第四光子序列，所述第三光子序列用于发送给第三方并进行安全检测，所述第四光子序列用于发送给第三方与所述第二光子序列进行测量，通过接收第二光子序列和第四光子序列的测量结果，以完成通信。第三方，用于接收所述第一光子序列和第三光子序列，对所述第一光子序列和第三光子序列进行测量，并公布测量结果，同时用于接收第二光子序列和第四光子序列，并对所述第二光子序列和第四光子序列进行测量，将所述第二光子序列和第四光子序列的测量结果发送给接收方。其中，所述第一光子序列和所述第二光子序列中包含相互纠缠的光子对；所述第三光子序列和第四光子序列中包含相互纠缠的光子对。其中，所述制备第一光子序列和第二光子序列，所述第一光子序列用于发送给第三方并进行安全检测，所述第二光子序列用于加载信息，并发送给第三方以完成通信具体包括：制备处于纠缠态的光子序列L1和L2，序列长度为N，在所述光子序列L1中随机加入M个单光子，构成第一光子序列，将所述第一光子序列发送给第三方，并将所述第一光子序列的序列信息发送给接收端；接收所述第三方的测量结果和接收端发送的第三光子序列的序列信息，并根据所述第三光子序列的序列信息和所述第三方的测量结果，对所述第三方进行安全检测；若判断获知所述安全检测通过，则将所述光子序列L2中的光子加载第一操作，将所述光子序列L2中所有光子的初始状态统一为第一状态，并在所述光子序列L2中加载信息，并将加载信息后的光子序列L2发送给所述第三方；其中光子序列L2即为第二光子序列；其中，M和N均为正整数。其中，所述制备第三光子序列和第四光子序列，所述第三光子序列用于发送给第三方并进行安全检测，所述第四光子序列用于发送给第三方与所述第二光子序列进行测量，通过接收第二光子序列和第四光子序列的测量结果，以完成通信具体包括：制备处于纠缠态的光子序列L3和L4，序列长度为N，在所述光子序列L3中随机加入M个单光子，构成第三光子序列，将所述第三光子序列发送给第三方，并将所述第三光子序列的序列信息发送给发送端；接收所述第三方的测量结果和接发送端发送的第一光子序列的序列信息，并根据所述第一光子序列的序列信息和所述第三方的测量结果，对所述第三方进行安全检测；若判断获知所述安全检测通过，则将所述光子序列L4中的光子随机加载第一操作，并将随机加载了第一操作的光子序列L4发送给所述第三方，并接收所述第三方对第二光子序列和第四光子序列的测量结果；其中，所述光子序列L4即为第四光子序列，其中，M和N均为正整数。其中，所述接收所述第一光子序列和第三光子序列，对所述第一光子序列和第三光子序列进行测量，并公布测量结果，同时用于接收第二光子序列和第四光子序列，并对所述第二光子序列和第四光子序列进行测量，将所述第二光子序列和第四光子序列的测量结果发送给接收方具体包括：接收所述发送端发送的第一光子序列和接收端发送的所述第三序列，对所述第一光子序列和第三光子序列的光子进行配对并进行测量，将测量结果发送给所述发送端和所述接收端；接收所述发送端发送的第二光子序列和接收端发送的所述第四光子序列，对所述第二光子序列和第四光子序列的光子进行配对并进行测量，将测量结果发送给所述接收端。其中，所述发送端和所述接收端还用于，若判断获知所述安全检测不通过，则终止本次通信。其中，所述对所述第一光子序列和第三光子序列的光子进行配对并进行测量具体包括：将第一光子序列和第三光子序列的光子进行匹配后，进行M+N次Bell基联合测量，获得测量结果。其中，所述对所述第二光子序列和第四光子序列的光子进行配对并进行测量，具体包括：将第二光子序列和第四光子序列的光子进行匹配后，进行Bell基联合测量，获得信息传输测量结果。其中，所述发送端和所述接收端还用于，若判断获知所述安全检测通过，将所述光子序列L2和所述光子序列L4中无法实现纠缠转移的光子从光子序列中移除，将所述光子序列L2中剩余的光子构成第二光子序列，将所述光子序列L4中剩余的光子构成第四光子序列。其中，所述接收端还用于，根据所述第四光子序列的序列信息，对所述信息传输测量结果进行解码，获取所述发送端在所述第二光子序列中加载的信息。本专利技术实施例提供的测量设备无关的量子安全直接通信系统，涉及到光探测的过程均交由第三方完成，并通过安全性检测来保证信道安全和第三方无法得到有效信息，可以在保证通信安全的前提下去掉探测设备不完美造成的安全漏洞。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量设备无关的量子安全直接通信系统，其特征在于，包括：发送端，用于制备第一光子序列和第二光子序列，所述第一光子序列用于发送给第三方并进行安全检测，所述第二光子序列用于加载信息，并发送给第三方以完成通信；接收端，用于制备第三光子序列和第四光子序列，所述第三光子序列用于发送给第三方并进行安全检测，所述第四光子序列用于发送给第三方与所述第二光子序列进行测量，通过接收第二光子序列和第四光子序列的测量结果，以完成通信；第三方，用于接收所述第一光子序列和第三光子序列，对所述第一光子序列和第三光子序列进行测量，并公布测量结果，同时用于接收第二光子序列和第四光子序列，并对所述第二光子序列和第四光子序列进行测量，将所述第二光子序列和第四光子序列的测量结果发送给接收方；其中，所述第一光子序列和所述第二光子序列中包含相互纠缠的光子对；所述第三光子序列和第四光子序列中包含相互纠缠的光子对。

【技术特征摘要】
1.一种测量设备无关的量子安全直接通信系统，其特征在于，包括：发送端，用于制备第一光子序列和第二光子序列，所述第一光子序列用于发送给第三方并进行安全检测，所述第二光子序列用于加载信息，并发送给第三方以完成通信；接收端，用于制备第三光子序列和第四光子序列，所述第三光子序列用于发送给第三方并进行安全检测，所述第四光子序列用于发送给第三方与所述第二光子序列进行测量，通过接收第二光子序列和第四光子序列的测量结果，以完成通信；第三方，用于接收所述第一光子序列和第三光子序列，对所述第一光子序列和第三光子序列进行测量，并公布测量结果，同时用于接收第二光子序列和第四光子序列，并对所述第二光子序列和第四光子序列进行测量，将所述第二光子序列和第四光子序列的测量结果发送给接收方；其中，所述第一光子序列和所述第二光子序列中包含相互纠缠的光子对；所述第三光子序列和第四光子序列中包含相互纠缠的光子对。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述制备第一光子序列和第二光子序列，所述第一光子序列用于发送给第三方并进行安全检测，所述第二光子序列用于加载信息，并发送给第三方以完成通信具体包括：制备处于纠缠态的光子序列L1和L2，序列长度为N，在所述光子序列L1中随机加入M个单光子，构成第一光子序列，将所述第一光子序列发送给第三方，并将所述第一光子序列的序列信息发送给接收端；接收所述第三方的测量结果和接收端发送的第三光子序列的序列信息，并根据所述第三光子序列的序列信息和所述第三方的测量结果，对所述第三方进行安全检测；若判断获知所述安全检测通过，则将所述光子序列L2中的光子加载第一操作，将所述光子序列L2中所有光子的初始状态统一为第一状态，并在所述光子序列L2中加载信息，并将加载信息后的光子序列L2发送给所述第三方；其中光子序列L2即为第二光子序列；其中，M和N均为正整数。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述制备第三光子序列和第四光子序列，所述第三光子序列用于发送给第三方并进行安全检测，所述第四光子序列用于发送给第三方与所述第二光子序列进行测量，通过接收第二光子序列和第四光子序列的测量结果，以完成通信具体包括：制备处于纠缠态的光子序列L3和L4，序列长度为N，在所述光子序列L3中随机加入M个单光子，构成第三光子序列，将所述第三光子序列发送给第三方，并将所述第三光子序列的序列信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙桂鲁，殷柳国，牛鹏皓，周增荣，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11