一種基于GHZ態的量子密鑰分發方法技術

本發明專利技術公開了一種基于GHZ態的量子密鑰分發方法，所述基于GHZ態的量子密鑰分發方法基于三粒子GHZ態在X基下的特殊性質；由第三方進行粒子分配，利用三粒子GHZ態在Z基和X基下具有不同的表示的特性作為密鑰分發的關鍵點。本發明專利技術具有第三方TP(Third?Part)為其他兩名用戶進行密鑰分發的協議，大大減少了用戶之間的量子傳輸信道，降低了復雜度，同時也減輕了成本，具有很大的實際意義；經過安全性分析。本協議能抵御截獲重發攻擊，中間人攻擊和糾纏攻擊，而作為第三方可以是不可信的。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于量子密鑰分發
，尤其涉及一種基于GHZ態的量子密鑰分發方法。
技術介紹
隨著量子計算機和分布式計算的發展，傳統的密碼安全受到巨大的挑戰。由于量子具有獨特的性質能保證信息的安全，于是研究者們紛紛把目光投向了量子密鑰分發(QuantumKeyDistributionQKD)。QKD的安全性是由量子力學中的海森堡測不準原理、量子不可克隆定理、糾纏粒子的關聯性和非定域性等物理特性來保證的。1984年，Bennett和Brassard利用單光子的偏振態共同研發了世界上第一個QKD(BB84協議)；1992年，Bennett又提出了使用非正交單光子比特來實現的QKD(B92協議)；1991年，英國牛津大學的Ekert首次提出利用Bell態糾纏特性的QKD；1992年Bennett、Brassard和Mermim對Ekert的方案進行改進，使之更加簡潔，即不使用Bell態來實現QKD。隨著量子技術的快速發展，量子身份認證QIA(QuantumIdentityAuthentication)也逐漸發展起來。與此同時，量子秘密共享QSS(QuantumSecretSharing)和量子隱私比較QPC(QuantumPrivateComparison)也在快速發展中。傳統QKD是點對點的密鑰分發，用戶數為n時，用戶U1與其他n-1個用戶進行密鑰分發會需要n-1條量子信道。當n名用戶中的任意兩名用戶需要量子密鑰分發時，總共需要n！條量子傳輸信道。隨著用戶數的增加，用戶之間需要的量子信道會急速的增加，這樣增加了網絡結構復雜度，也極大的提高了成本。綜上所述，傳統QKD是點對點的密鑰分發存在用戶之間需要的量子信道會急速增加，使得網絡結構復雜度，成本高。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種基于GHZ態的量子密鑰分發方法，旨在解決傳統QKD是點對點的密鑰分發存在用戶之間需要的量子信道會急速增加，使得網絡結構復雜度，成本高的問題。本專利技術是這樣實現的，一種基于GHZ態的量子密鑰分發方法，所述基于GHZ態的量子密鑰分發方法基于三粒子GHZ態在X基下的特殊性質；由第三方進行粒子分配，利用三粒子GHZ態在Z基和X基下具有不同的表示的特性作為密鑰分發的關鍵點。進一步，所述Z基的|0>和|1>在X基的表達式如(1)：X基的|+>和|->在Z基的表達式如(2)：處于Z基下的三粒子GHZ態的在X基下的表示方式如下：三粒子GHZ態在X基的表達是為(3)；表達式(3)中存在以下關系：當第1個粒子為|+>時，第2和第3粒子為|+>|+>或者|->|->，第2第3粒子相同；當第1個粒子為|->時，第2和第3粒子為|+>|->或者|->|+>，第2第3粒子相反。基于這個特性。進一步，所述基于GHZ態的量子密鑰分發方法包括以下步驟：步驟一，TP制備n對處于的三粒子GHZ態，把第1(2,3)個粒子抽取出來按順序編成序列S1(S2，S3)；TP在量子序列S1和S2相同位置插入相同狀態的誘惑粒子，誘惑粒子包含|0>，|1>，|+>和|->；TP保留S3，把S1發送給U1，S2發送給U2；步驟二，U1收到S1，U2收到S2之后，通知TP，TP接到通知之后，公布誘惑粒子的位置和相對應的基，|1>和|0>選擇Z基，|+>和|->選擇X基；U1,U2分別抽出相應位置的誘惑粒子，選擇相應的測量基檢測其狀態；若出現錯誤的測量結果低于閾值，進行下一步；若出現錯誤的測量結果高于閾值，放棄此次通信；步驟三，TP使用X基對自己手中S3進行測量，然后公布測量結果；步驟四，U1使用X基測量自己手中S1序列，按照|+>編碼為1,|->編碼為0的規則生成一個二進制密鑰序列k1；步驟五，U2使用X基測量自己手中S2序列，按照|+>編碼為1,|->編碼為0的規則生成一個二進制密鑰序列k2；U2再根據TP公布的s3的測量結果對自己手中k2進行修正。進一步，所述修正的規則如下：(2)若TP公布的S3中第i位測量結果為|+>，則k2對應的第i位的二進制數不變；(2)若TP公布的S3中第i位測量結果為|->，則k2對應的第i位的二進制數取反，1變為0,0變為1。本專利技術的另一目的在于提供一種利用所述基于GHZ態的量子密鑰分發方法的量子計算機。本專利技術的另一目的在于提供一種利用所述基于GHZ態的量子密鑰分發方法的分布式計算系統。本專利技術提供的基于GHZ態的量子密鑰分發方法，具有第三方TP(ThirdPart)為其他兩名用戶進行密鑰分發的協議，結構如圖2所示；本專利技術設計了一種具有中心節點的，由第三方輔助的量子密鑰分發。由于中心節點的存在，使傳統的點對點密鑰分發變成了具有網絡拓撲結構的量子密鑰分發系統。中心節點的存在，大大減少了系統存在多用戶時，用戶之間的量子傳輸信道過多的問題，降低了復雜度，同時也減輕了成本。本專利技術的協議由第三方進行粒子分配，利用三粒子GHZ態在Z基和X基下具有不同的表示的特性作為密鑰分發的關鍵點；協議中由第三方向任意兩名用戶分發密鑰如圖2所示，大大減少了量子信道的數量。經過安全性分析，本協議能抵御截獲重發攻擊，中間人攻擊和糾纏攻擊，而作為第三方可以是不可信的。本專利技術的協議基于三粒子GHZ態在X基下的特殊性質，設計了本協議；該協議通過第三方的輔助，對任意兩名用戶進行密鑰分發。解決了多用戶之間密鑰分發需要大量量子傳輸信道數量的問題。經過協議分析，證明了協議的可行性。安全性分析表明本協議能抵御截獲重發攻擊，中間人攻擊和糾纏攻擊。同時對第三方TP的信任問題進行了分析，表明了協議不需要一個可信的第三方。附圖說明圖1是本專利技術實施例提供的基于GHZ態的量子密鑰分發方法流程圖。圖2是本專利技術實施例提供的有中心節點結構圖。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。下面結合附圖對本專利技術的應用原理作詳細的描述。如圖1所示，本專利技術實施例提供的基于GHZ態的量子密鑰分發方法包括以下步驟：S101：TP制備n對三粒子GHZ態，把第1(2,3)個粒子抽取出來按順序編成序列S1(S2，S3)。TP在量子序列S1和S2相同位置插入相同狀態的誘惑粒子；TP保留S3，把S1發送給U1，S2發送給U2；S102：U1收到S1，U2收到S2之后，通知TP。TP接到通知之后，公布誘惑粒子的位置和相對應的基；U1,U2分別抽出相應位置的誘惑粒子，選擇相應的測量基檢測其狀態。若出現錯誤的測量結果低于閾值，進行下一步；若出現錯誤的測量結果高于閾值，放棄此次通信；S103：TP使用X基對自己手中S3進行測量，然后公布測量結果；S104：U1使用X基測量自己手中S1序列，按照|+>編碼為1,|->編碼為0的規則生成一個二進制密鑰序列k1；S105：U2使用X基測量自己手中S2序列，按照|+>編碼為1,|->編碼為0的規則生成一個二進制密鑰序列k2；U2再根據TP公布的s3的測量結果對自己手中k2進行修正。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于GHZ態的量子密鑰分發方法，其特征在于，所述基于GHZ態的量子密鑰分發方法基于三粒子GHZ態在X基下的特殊性質；由第三方進行粒子分配，利用三粒子GHZ態在Z基和X基下具有不同的表示的特性作為密鑰分發的關鍵點。

【技術特征摘要】
1.一種基于GHZ態的量子密鑰分發方法，其特征在于，所述基于GHZ態的量子密鑰分發方法基于三粒子GHZ態在X基下的特殊性質；由第三方進行粒子分配，利用三粒子GHZ態在Z基和X基下具有不同的表示的特性作為密鑰分發的關鍵點。2.如權利要求1所述的基于GHZ態的量子密鑰分發方法，其特征在于，所述Z基的|0>和|1>在X基的表達式如(1)：|0>=12(|+>+|->),|1>=12(|+>-|->)---(1)]]>X基的|+>和|->在Z基的表達式如(2)：|+>=12(|0>+|1>),|->=12(|0>-|1>)---(2)]]>處于Z基下的三粒子GHZ態的在X基下的表示方式如下：三粒子GHZ態在X基的表達是為(3)；表達式(3)中存在以下關系：當第1個粒子為|+>時，第2和第3粒子為|+>|+>或者|->|->，第2第3粒子相同；當第1個粒子為|->時，第2和第3粒子為|+>|->或者|->|+>，第2第3粒子相反。3.如權利要求1所述的基于GHZ態的量子密鑰分發方法，其特征在于，所述基于GHZ態的量子密鑰分發方法包括以下步驟：步驟一，TP制備n對處于的三粒子GHZ態，把第1(2,3)個粒子抽取出來按順序編成序列S1(S2，S3)；TP在量子序列S1和S2相同位置插入相同狀態的誘惑...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張仕斌，江英華，昌燕，韓桂華，楊帆，
申請(專利權)人：成都信息工程大學，
類型：發明
國別省市：四川;51