[发明专利]基于四粒子GHZ态的两方量子密钥协商协议

说明书

技术领域

本发明属于量子通信领域，具体涉及一种量子密钥协商(Quantumkeyagreement)协议，特别是一种基于四粒子GHZ态的两方量子密钥协商协议。

背景技术

量子密码是通信和网络安全的新技术，它的安全性是由量子力学基本原理保证的。与传统密码大多是计算安全的不同，量子密码能实现无条件安全，由此吸引了大量关注。量子密钥协商(QKA)协议是量子密码的一个新的重要分支，它允许参与者通过公开的量子信道协商一个经典的共享秘密密钥，并且各个参与者的贡献是相同的，任何一个参与者或参与者构成的子集都不能独立的确定该共享密钥。利用量子密钥协商(QKA)协议建立的共享秘密密钥和一次一密的加密算法，通信双方能够实现无条件安全的保密通信。

现有大多数量子密钥协商协议是基于单粒子或Bell态，基于多粒子纠缠态的密钥协议屈指可数，而且它们或者不能抵抗特罗伊木马等外部攻击，是不安全的，或者量子比特率太低。

D.S.Shen，W.P.MaandL.L.Wang在论文“Two-partyquantumkeyagreementwithfour-qubitclusterstates”(QuantumInf.Process.2014:2313-2324)中利用四粒子的团簇态提出了一个双方QKA协议，此协议具有较高量子比特效率。协议的具体步骤是：第一，通信双方A和B各自生成一些四粒子的团簇态。通信方A(通信方B)将由团簇态中的第三个(第一个)粒子构成的序列插入诱骗光子后发给通信方B(通信方A)，并保留且它粒子序列。第二，通信双方收到相应的粒子序列后，一起执行窃听监测。第三，通信双方就各自收到的粒子序列执行自己的幺正变换。然后插入诱骗光子后将其互发给对方。第四，通信双方收到相应的粒子序列后，一起执行窃听监测。第五，通信方A(通信方B)对由团簇态中的第一个(第三个)粒子构成的序列执行各自的幺正变换。然后双方对各自的团簇态执行团簇基的测量，双方会得到相同的测量结果。根据编码和测量结果的对应即可得到共享的秘密密钥。该协议存在不足之处是：由于该协议是一个Ping-Pong协议，即同一个粒子在量子信道中被传输了一个来回，因此该协议无法抵抗不可见光子窃听(IPE)木马攻击和延迟光子木马攻击。

W.Huang，Q.Su，X.Wu，Y.B.LiandY.Sun在论文“Quantumkeyagreementagainstcollectivedecoherence”(Int.J.Theor.Phys.2014:2891-2901)中利用四粒子的DF态提出了一个能免疫联合噪声的双方QKA协议。协议的具体步骤是：第一，通信方A生成两个随机比特串，一个作为共享密钥的个人贡献串，一个作为选择测量基的控制串。第二，通信方A根据个人贡献串和选择测量基的控制串准备一个四粒子的DF态的序列，并插入诱骗光子后发给通信方B。第三，当通信方B收到四粒子的DF态的序列后，双方共同执行窃听监测。若通过检测，通信方B公布他的共享密钥的个人贡献串。第四，通信方A根据自己和通信方B的个人贡献串，可以计算双方的共享秘密密钥。第五，通信方A公开他的选择测量基的控制串。利用此控制串，通信方B可以测量所有DF态，根据测量结果可以得到通信方A的共享密钥的个人贡献串。因此，通信方B也能计算出双方的共享秘密密钥。该协议存在不足之处是：该协议的量子比特效率太低，它的量子比特效率仅为10％。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种基于四粒子GHZ态的两方量子密钥协商。

为了实现上述任务，本发明采用如下技术方案予以解决：

一种基于四粒子GHZ态的两方量子密钥协商协议，具体包括如下步骤：