基于三粒子GHZ纠缠态的单态三方半量子密钥协商方法技术

本发明专利技术提出一种基于三粒子GHZ纠缠态的单态三方半量子密钥协商方法，实现一个量子方和两个仅拥有有限量子能力的经典方在量子信道上平等地促成一个共享密钥的产生。详细的安全性分析表明，本发明专利技术的单态三方半量子密钥协商方法能够抵御来自外部窃听者的几种著名攻击，如特洛伊木马攻击、纠缠

【技术实现步骤摘要】
基于三粒子GHZ纠缠态的单态三方半量子密钥协商方法


[0001]本专利技术涉及量子密码学领域。本专利技术设计一种基于三粒子GHZ纠缠态的单态三方半量子密钥协商方 法，实现一个量子方和两个仅拥有有限量子能力的经典方在量子信道上平等地促成一个共享密钥的产生。

技术介绍

[0002]1984年，Bennett和Brassard[1]提出了第一个量子密钥分配(Quantum key distribution，QKD)方法， 这意味着量子密码学的诞生。经典密码学的安全性取决于解决数学问题的计算复杂性；与经典密码学不 同的是，量子密码学依赖量子不可克隆定理、海森堡测不准原理等物理定律获得理论上的无条件安全性。 自从量子密码学诞生以来，许多人一直致力于研究它。例如，量子密钥协商(Quantum key agreement， QKA)近年来成为量子密码学的一个热门话题。在QKD，一方通过量子信道将她的密钥分配给其他方； 与QKD不同的是，QKA允许所有参与者平等地影响共享密钥的产生，意味着共享密钥不能由所有参与 者的任何非平凡子集决定。
[0003]2004年，Zhou等人[2]利用量子隐形传态技术提出了第一个QKA方法。然而，Tsai和Hwang[3]随 后指出了Zhou等人方法中的一个缺点，即共享密钥可以由任意参与者完全确定。后来，Hsueh和Chen[4] 提出了一个基于最大纠缠态的QKA方法。2011年，Chong等人[5]对文献[4]中的两个方法的缺陷进行了 改进。2013年，Shi和Zhong[6]利用Bell态和纠缠交换提出了第一个多方QKA方法；Liu等人[7]指出 文献[6]中的方法无法抵抗参与者攻击，并提出了一种新的基于单粒子的多方QKA方法；Yin等人[8]提 出了一种基于两光子纠缠的三方QKA方法。2014年，Xu等人[9]提出了一种新颖的基于GHZ态的多方 QKA方法。2016年，Sun等人[10]提出了一种基于团簇态的高效多方QKA方法；Zhu等人[11]指出，文 献[8]中的方法是不安全的，因为两个不忠诚的参与者可以合谋单独确定共享密钥，并提出一种方法对该 漏洞进行改进。2020年，Wang等人[12]提出了一个基于量子傅里叶变换的三方QKA方法。
[0004]上述QKA方法总是要求所有方拥有完全的量子能力，这在某些情形下是不实际的。为了减轻部分 参与方的量子态制备和量子态测量的负担，Boyer等人[13
‑
14]首次提出了半量子密码的概念，即允许部 分参与方仅具有有限的量子能力，如用Z基(即{|0>,|1>})测量量子比特、制备新的量子比特处于Z基、 不干扰地发送量子比特以及通过不同的延迟线重新排列量子比特。自从半量子密码概念诞生以来，许多 学者将其应用于不同的量子密码学分支来设计不同种类的半量子密码方法，如半量子密钥分配 (Semiquantum key distribution，SQKD)方法[13
‑
18]、半量子隐私比较(Semiquantum private comparison， SQPC)方法[19,20]，半量子秘密共享(Semiquantum secret sharing，SQSS)方法[21
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23]、半量子受控安 全直接通信(Semiquantum controlled secure direct communication，SQCSDC)方法[24]、半量子对话方法 [24,25]、半量子密钥协商(Semiquantum key agreement，SQKA)方法[24,26,27]等。关于SQKA，2017 年，Shukla等人[24]提出了一种基于Bell态的两方SQKA方法；Liu等人[26]提出了一种基于代理量子 计算的多方SQKA方法。
2020年，Zhou等人[27]提出了一个基于四粒子团簇态的三方SQKA方法。
[0005]基于上述分析，为了实现一个量子方和两个经典方在量子信道上平等地促成共享私钥的生成这一目标，本专利技术首先提出了一种新颖的单态三方SQKA方法，仅采用一种三粒子GHZ纠缠态作为初始量子资源。然后，本专利技术将其推广到N方情形，仅使用一种N粒子GHZ纠缠态作为初始量子资源，可以实现一个量子方和N
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1个经典方在量子信道上平等地促成共享私钥的生成这一目标。
[0006]参考文献
[0007][1]Bennett,C.H.,Brassard,G.:Quantumcryptography:publickeydistributionandcointossing.In:ProceedingsofIEEEInternationalConferenceonComputers,Systems,andSignalProcessing,Bangalore,India,pp.175
‑
179(1984)
[0008][2]Zhou,N.R.,Zeng,G.H.,Xiong,J.:Quantumkeyagreementprotocol.Electron.Lett.40,1149
‑
1150(2004)
[0009][3]Chong,S.K.,Tsai,C.W.,Hwang,T.:Improvementon“quantumkeyagreementprotocolwithmaximallyentangledstates”.Int.J.Theor.Phys.50,1793
‑
1802(2011)
[0010][4]Shi,R.H.,Zhong,H.:Multi
‑
partyquantumkeyagreementwithbellstatesandbellmeasurements.QuantumInf.Process.12,921
‑
932(2013)
[0011][5]Liu,B.,Gao,F.,Huang,W.,Wen,Q.Y.:Multipartyquantumkeyagreementwithsingleparticles.QuantumInf.Process.12,1797
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1805(2013)
[0012][6]Yin,X.R.,Ma.W.P.,Liu,W.Y.:Three
‑
partyquantumkeyagreementwithtwo
‑
photonentanglement.Int.J.Theor.Phys.52:3915
‑
3921(2013)
[0013][7]Xu,G.B.,Wen,Q.Y.,Gao,F.,Qin,S.J.:NovelmultipartyquantumkeyagreementprotocolwithGHZstates.QuantumInf.Process.13,2587
‑
2594(2014)
[0014][8本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三粒子GHZ纠缠态的单态三方半量子密钥协商方法，实现一个量子方和两个仅拥有有限量子能力的经典方在量子信道上平等地促成一个共享密钥的产生；共享密钥不能由三方的任何非平凡子集完全确定；只使用一种三粒子GHZ纠缠态作为初始量子资源；不需要在不同的参与方之间预先共享密钥；不需要酉操作或量子纠缠交换；共包括以下六个过程：S1)Alice、Bob和Charlie分别使用量子随机数生成器生成原始随机密钥和其中且Alice、Bob和Charlie各自计算相应原始随机密钥的哈希值，并将结果公布给另外两方；用和分别表示和的哈希值；S2)Alice制备了8n个GHZ纠缠态都处于然后，Alice将它们分为三个序列：其中是S
l
的第j个粒子，l＝A,B,C且j＝1,2,
…
,8n；具体地说，这些GHZ纠缠态的所有第一、第二和第三粒子分别形成有序序列S
A
、S
B
和S
C
；Alice将S
B
(S
C
)中的粒子逐个发送给Bob(Charlie)；在Alice将第一个粒子发送给Bob(Charlie)后，她仅在收到前一个粒子后才发送下一个粒子；S3)对于接收到的S
B
(S
C
)的第j(j＝1,2,
…
,8n)个粒子，Bob(Charlie)随机执行以下两个操作中的一个：
①
CTRL操作，即将第j个接收到的粒子直接无干扰返回给Alice；
②
SIFT操作，即使用Z基(即{|0>,|1>})测量第j个接收到的粒子以获得测量结果制备一个新粒子处于他(她)所发现的状态，并将其重新发送给Alice；Bob(Charlie)选择进行SIFT的粒子只有4n个；Bob(Charlie)记下选择进行SIFT时得到的S4)Bob(Charlie)告诉Alice他(她)S
B
(S
C
)中选择进行SIFT的位置；Alice根据Bob和Charlie的操作对接收到的粒子执行不同的操作，如表1所示；情形a、情形b和情形c用于检查S
B
和S
C
的传输是否安全；情形d不仅用于检查S
B
和S
C
的传输安全性，还用于密钥协商；情形d发生的位置有2n个；Alice、Bob和Charlie在这2n个位置中随机选择n个来检查S
B
和S
C
的传输安全性；在情形a中，对于Bob和Charlie都选择进行CTRL的位置，Alice执行操作1；如果不存在Eve，Alice的测量结果应为在情形...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐天婕，陈颖，耿茂洁，叶天语，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：