一种基于纠缠交换的量子秘密共享方法技术

本发明专利技术公开了一种基于纠缠交换的量子秘密共享方法，包括：第二用户和第三用户制备双光子EPR序列；基于双光子EPR序列在直角基和对角基下随机制备大量的单光子作为安全性检测光子；将所述安全性检测光子随机插入到各自制备的EPR序列中形成发送信息，将所述发送信息发送至第四用户；所述第四用户接收所述发送信息，对其中的安全性检测光子进行贝尔态测量，并公布测量结果，第二用户和第三用户公布作为安全性检测光子的位置和编码。通过纠缠交换使两个用户手中的光子产生纠缠，双方利用对单光子的酉操作编码信息，有效地提高了安全密钥的利用率和成码率，有利于提高通信信息传输的安全性。全性。全性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于纠缠交换的量子秘密共享方法


[0001]本专利技术涉及量子通信
，尤其涉及一种基于纠缠交换的量子秘密共享方法。

技术介绍

[0002]近年来量子密码学为现代通信的安全性提供了一个可靠的帮助。作为量子密码学一个重要的分支，量子秘密共享(QSS)可以使得通信多方通过合作，联合向另一方传输密钥。
[0003]现有的量子秘密共享虽在理论上具有无条件安全性，然而实际QSS系统中由于实验器件的不完美性仍然存在一些安全性漏洞，针对这些安全漏洞存在多种攻击方案，导致通信信息传输不安全。

技术实现思路

[0004]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0005]鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。
[0006]因此，本专利技术解决的技术问题是：现有的量子秘密共享虽在理论上具有无条件安全性，然而实际QSS系统中由于实验器件的不完美性仍然存在一些安全性漏洞，针对这些安全漏洞存在多种攻击方案，导致通信信息传输不安全。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种基于纠缠交换的量子秘密共享方法，包括：第二用户和第三用户制备双光子EPR序列；基于双光子EPR序列在直角基和对角基下随机制备大量的单光子作为安全性检测光子；将所述安全性检测光子随机插入到各自制备的EPR序列中形成发送信息，将所述发送信息发送至第四用户；所述第四用户接收所述发送信息，对其中的安全性检测光子进行贝尔态测量，并公布测量结果，第二用户和第三用户公布作为安全性检测光子的位置和编码。
[0008]作为本专利技术所述的基于纠缠交换的量子秘密共享方法的一种优选方案，其中：若进行所述贝尔态测量的两个光子都来自于单光子，则第二用户和第三用户根据其编码信息和测量结果估算误码率，进行安全性检测；若两个光子都来自于双光子EPR序列，则根据所述测量结果，第二用户和第三用户手中剩余的光子形成纠缠EPR对；若进行贝尔态测量的两个光子一个来自双光子EPR序列，另一个是单光子，则第二用户和第三用户丢弃掉测量结果及手中对应的光子。
[0009]作为本专利技术所述的基于纠缠交换的量子秘密共享方法的一种优选方案，其中：所述第二用户和第三用户预先设置有误码率率阈值，所述第二用户和第三用户将安全性检测得到的误码率与误码率率阈值进行比对；若安全性检测得到的误码率低于误码率率阈值，所述第二用户和第三用户确定第一轮光子传输安全，双方分别对手中生成的EPR光子对中
的光子进行酉操作；所述第二用户和第三用户再次基于双光子EPR序列在直角基和对角基下随机制备单光子作为安全性检测光子，将安全性检测光子随机插入到所述双光子EPR序列中；所述第二用户和第三用户将编码后的EPR光子对及安全性检测光子再次生成发送信息，并将所述发送信息发送至第一用户。
[0010]作为本专利技术所述的基于纠缠交换的量子秘密共享方法的一种优选方案，其中：第一用户接收发送信息，为防止第四用户得到所述第二用户和第三用户的编码信息，第一用户对接收到的每个光子随机施加酉操作；第一用户将所述光子发送至第四用户，第四用户再次进行贝尔态测量并公布结果，随后，第二用户和第三用户公布安全性检测光子的位置和编码；第一用户根据安全性检测光子的BSM测量结果以及自身的酉操作计算误码率，进行第二轮安全性检测，再次得到误码率，若所述误码率高于误码率率阈值，则判定光子传输过程不安全，放弃通信；若所述误码率低于误码率率阈值，则判定光子传输过程安全，第一用户则根据两次贝尔态测量结果和酉操作，推测出第二用户和第三用户合作传递的原始密钥。
[0011]作为本专利技术所述的基于纠缠交换的量子秘密共享方法的一种优选方案，其中：进行重复获取原始密钥，第四用户对原始密钥进行纠错，形成最终的安全密钥。
[0012]作为本专利技术所述的基于纠缠交换的量子秘密共享方法的一种优选方案，其中：所述双光子EPR序列的量子态为：
[0013][0014]其中|Φ
+
>表示量子态，|Φ
+
>属于下列4个贝尔态之一：
[0015][0016][0017]其中，|H>和|V>分别代表光子的水平极化态和垂直极化态，并且第二用户和第三用户随机制备大量的单光子作为安全性检测光子，并将这些单光子随机地插入到EPR序列中；其中直角基表示为：
[0018]{|H>,|V>}，
[0019]对角基表示为：
[0020][0021]第二用户和第三用户手中剩余的光子通过纠缠交换形成纠缠EPR对，第二用户和第三用户手中剩余光子形成纠缠态，其过程为：
[0022][0023]第二用户和第三用户对手中的光子进行酉操作，对应4种编码信息，具体如下：
[0024]若编码信息为00，则对应的酉操作如下：
[0025]U0＝I＝|H><H|+|V><V|
[0026]若编码信息为01，则对应的酉操作如下：
[0027]U1＝σ
z
＝|H><H|
‑
|V><V|
[0028]若编码信息为10，则对应的酉操作如下：
[0029]U2＝σ
x
＝|V><H|+|H><V|
[0030]若编码信息为11，则对应的酉操作如下：
[0031]U3＝iσ
y
＝|H><V|
‑
|V><H|
[0032]假设第二用户的编码的密钥为k1，第三用户编码的密钥未k2，则第二用户和第三用户共同传递的原始密钥为k1和k2。
[0033]作为本专利技术所述的基于纠缠交换的量子秘密共享方法的一种优选方案，其中：第一用户对来自第二用户和第三用户的两个光子分别进行随机编码操作：
[0034][0035]其中，σ
A
表示第一用户对第二用户和第三用户发来的光子进行随机编码操作，Ui表示第二用户，Uj表示第三用户，进行所述进行随机编码操作后将随机编码后的两个光子发送给第四用户；在第四用户进行测量以后，公布测量结果，第一用户根据第四用户两次BSM测量结果的以及施加的随机编码操作，可推知第二用户和第三用户共同传递的安全密钥，实现通信信息安全传输。
[0036]本专利技术的有益效果：通过纠缠交换使两个用户手中的光子产生纠缠，双方利用对单光子的酉操作编码信息，有效地提高了安全密钥的利用率和成码率，同时能够根据第四用户公布的测量结果来判断是否有人窃听，有利于提高通信信息传输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于纠缠交换的量子秘密共享方法，其特征在于，包括：第二用户和第三用户制备双光子EPR序列；基于双光子EPR序列在直角基和对角基下随机制备大量的单光子作为安全性检测光子；将所述安全性检测光子随机插入到各自制备的EPR序列中形成发送信息，将所述发送信息发送至第四用户；所述第四用户接收所述发送信息，对其中的安全性检测光子进行贝尔态测量，并公布测量结果，第二用户和第三用户公布作为安全性检测光子的位置和编码。2.如权利要求1所述的基于纠缠交换的量子秘密共享方法，其特征在于：若进行所述贝尔态测量的两个光子都来自于单光子，则第二用户和第三用户根据其编码信息和测量结果估算误码率，进行安全性检测；若两个光子都来自于双光子EPR序列，则根据所述测量结果，第二用户和第三用户手中剩余的光子形成纠缠EPR对；若进行贝尔态测量的两个光子一个来自双光子EPR序列，另一个是单光子，则第二用户和第三用户丢弃掉测量结果及手中对应的光子。3.如权利要求2所述的基于纠缠交换的量子秘密共享方法，其特征在于：所述第二用户和第三用户预先设置有误码率率阈值，所述第二用户和第三用户将安全性检测得到的误码率与误码率率阈值进行比对；若安全性检测得到的误码率低于误码率率阈值，所述第二用户和第三用户确定第一轮光子传输安全，双方分别对手中生成的EPR光子对中的光子进行酉操作；所述第二用户和第三用户再次基于双光子EPR序列在直角基和对角基下随机制备单光子作为安全性检测光子，将安全性检测光子随机插入到所述双光子EPR序列中；所述第二用户和第三用户将编码后的EPR光子对及安全性检测光子再次生成发送信息，并将所述发送信息发送至第一用户。4.如权利要求1所述的基于纠缠交换的量子秘密共享方法，其特征在于：第一用户接收发送信息，为防止第四用户得到所述第二用户和第三用户的编码信息，第一用户对接收到的每个光子随机施加酉操作；第一用户将所述光子发送至第四用户，第四用户再次进行贝尔态测量并公布结果，随后，第二用户和第三用户公布安全性检测光子的位置和编码；第一用户根据安全性检测光子的BSM测量结果以及自身的酉操作计算误码率，进行第二轮安全性检测，再次得到误码率，若所述误码率高于误码率率阈值，则判定光子传输过程不安全，放弃通信；若所述误码率低于误码率率阈值，则判定光子传输过程安全，第一用户则根据两次贝尔态测量结果和酉操作，推测出第二用户和第三用户合作传递的原始密钥。5.如权利要求1所述的基于纠缠交换的量子秘密共享方法，其特征在于：进行重复获取原始密钥，第四用户对原始密钥进行纠错，形成最终的安全密钥。6.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛宇波，张涛，周澜，钟伟，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：