基于χ型态的半量子秘密共享方法技术

本发明专利技术提出了一种基于χ型态的半量子秘密共享方法，实现“只有当两个经典通信者一起合作才能恢复出一个量子通信者的共享密钥”这一目标。详细的安全分析表明，本发明专利技术的方法能够抵抗参与者攻击和外部攻击。本发明专利技术的方法的优点为：(1)它只需要一种量子纠缠态作为初始量子资源；(2)它不使用量子纠缠交换或酉操作；(3)它不需要在不同参与者之间预先共享密钥。(3)它不需要在不同参与者之间预先共享密钥。

【技术实现步骤摘要】
基于
χ
型态的半量子秘密共享方法


[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χ型态的半量子秘密共享方法，实现“只有当两个经典通信者一起合作才能恢复出一个量子通信者的共享密钥”这一目标。

技术介绍

[0002]量子密码学作为量子信息学的一个重要分支，结合量子力学定律和经典密码学特点通过量子信道来实现信息的秘密通信。目前，量子密码学已经建立许多分支，如量子密钥分配(Quantum key distribution，QKD)[1
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5]、量子安全直接通信(Quantum secure directcommunication，QSDC)[6
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13]、量子对话(Quantumdialogue，QD)[14
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20]、量子秘密共享 (Quantumsecret sharing，QSS)[21
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30]等。其中，QSS的基本原理是：发送方将秘密信息分成几份，然后分别分发给接收方；并且如果没有其他接收方的协作，没有一个接收方能够得到秘密信息。第一个QSS方法是由Hillery等人[21]在1999年基于三粒子和四粒子GHZ 纠缠态提出的。自此之后，许多基于各种量子纠缠态的QSS方法被提出，如Bell态[22
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25]、 GHZ态[26
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29]、W态[30]等。然而，以前的QSS方法[21
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30]总是要求所有通信方都具有完全的量子能力，这在某些情况下可能是不切实际的，因为其中部分通信方可能没有能力负担起昂贵的量子资源和量子操作。
[0003]在2007年，Boyer等人[31,32]提出了两个最早的半量子密码方法；每一个方法都只要求一方具有完全的量子能力，并能够在量子用户和经典用户之间建立密钥。在2020年和2022 年，Ye等人[33,34]利用双自由度下的单光子提出了两个新颖的半量子密钥分配 (Semiquantum key distribution，SQKD)方法。经典用户被普遍认为局限于以下操作[31,32]： (a)通过量子信道传输粒子；(b)使用Z基({|0>，|1>})测量粒子；(c)制备新粒子处于 Z基；(d)通过不同的延迟线对粒子进行重新排序。在半量子概念被提出后，半量子秘密共享(Semiquantum secret sharing，SQSS)分支也被同步确立。目前已经提出了许多优秀的 SQSS方法[35
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41]。具体地说，2010年，Li等人[35]利用类GHZ态提出了两个SQSS方法； 2011年，Wang等人[36]提出了一个基于Bell态的SQSS方法；2013年，Li等人[37]利用乘积态提出了一个SQSS方法，Yang和Hwang等人[38]对此方法提出了改进；2016年，Gao 等人[39]提出了一个基于量子比特重新排序的SQSS方案；2018年，Ye等人[40]提出了两个基于单粒子的环形SQSS方法，其中量子方制备的粒子以环形的方式传输；2019年，Tsai 等人[41]利用W态提出了一个SQSS方法；2021年，Li等人[42]利用量子纠缠交换构建了一个基于四粒子团簇态和Bell态的SQSS方法。
[0004]然而，文献[42]中的SQSS方法需要两种量子纠缠态作为初始量子资源以及量子纠缠交换。目前，χ型态还没有被用于设计SQSS方法。为了减轻基于四粒子量子纠缠态的SQSS 方法的初始量子资源制备和量子纠缠交换使用的负担，本专利技术致力于利用χ态的纠缠相关性设计一个新颖的也使用四粒子量子纠缠态的SQSS方法。本专利技术的方法具有以下优点：(1) 它只需要一种量子纠缠态作为初始量子资源；(2)它不使用量子纠缠交换或酉操作；(3) 它事先不需要在不同参与者之间共享密钥。
basedontheentanglementswappingbetweenanytwoBellstatesandthesharedsecretBellstate.Phys.Scr.89(1),015103(2014)
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‑
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[0023][18]Ye,T.Y.:RobustquantumdialoguebasedontheentanglementswappingbetweenanytwologicalBellstatesandthesharedauxiliarylogicalBellstate.QuantumInf.Process.14(4),1469
‑
1486(2015)
[0024][19]Ye,T.Y.:Faulttolerantchannel
‑
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[0027][22]Zhang,Z.J.,Yang,J.,Man,Z.X.,Li,Y.:MultipartysecretsharingofquantuminformationusingandidentifyingBellstate.Eur.Phys.J.D33(1),133
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capacityquantumsecretsharingwithtwo
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‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于χ型态的半量子秘密共享方法，实现“只有当两个经典通信者一起合作才能恢复出一个量子通信者的共享密钥”这一目标；只需要一种量子纠缠态作为初始量子资源；不使用量子纠缠交换或酉操作；不需要在不同参与者之间预先共享密钥；共包括以下六个过程：S1)Alice制备8n个χ型态都处于|χ
00
>，并将它们划分为四个不同的粒子序列S1、S2、S3和S4；这里，S
j
是由这8n个χ型态的所有第j个粒子组成的序列，其中j＝1,2,3,4；Alice将S2和S3保留在自己手中，将S1(S4)的粒子通过量子信道一个个地发送给Bob(Charlie)；除了S1(S4)的第一个粒子外，Alice只在接收到前一个粒子后才发送下一个粒子；S2)在收到S1的每个粒子后，Bob随机选择用Z基测量量子比特，制备一个新粒子处于他所发现的状态，并将其发送给Alice(称为SIFT操作)，或者直接无干扰地返回给Alice(称为CTRL操作)；在收到S4的每个粒子后，Charlie也随机选择SIFT操作或CTRL操作；S3)Alice暂时存储来自于Bob和Charlie的所有粒子；Bob和Charlie公布他们选择SIFT的位置；S4)根据Bob和Charlie的选择，Alice执行表1所示的四种操作中的一种；其中，S4)根据Bob和Charlie的选择，Alice执行表1所示的四种操作中的一种；其中，和分别表示S1、S2、S3和S4的第i个粒子，其中i∈{1,2,...,8n}；表1 三方对粒子的操作操作1：利用Z基分别测量来自Bob的对应于的新粒子和来自Charlie的对应于的新粒子，并利用Bell基测量和操作2：利用Bell基测量和并利用Z基分别测量来自Bob的对应于的新粒子和操作3：利用Bell基测量和并利用Z基分别测量和来自Charlie的对应于的新粒子；操作4：利用FMB基测量和(a)当Bob和Charlie都选择了SIFT时，Alice执行操作1；这种情况同时用于安全检测和秘密共享；如果没有窃听者存在，Alice对和的Bell基测量结果、Bob对的Z基测量结果以及Charlie对的Z基测量结果应正确相关；Alice对来自...

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