[发明专利]一种基于d级单粒子的量子秘密共享方法

说明书

本发明涉及一种基于d级单粒子高效实用的量子秘密共享方法，秘密分发者制备d级单粒子并将其作为信息载体，在每个参与者之间进行环形传输。每个参与者通过局域幺正操作将其的子秘密编码到信号粒子中，而无需量子存储，提高方案的实用性。利用量子傅里叶变换构造d级量子系统上两个互为无偏的基态，结合量子不可克隆性来确保方案在理论上的无条件安全性。本发明中一个d级粒子可分享个经典比特，并且通过联合窃听检测方法减少窃听检测所需的粒子数量，保证方案获得更高的量子效率。

技术领域

本发明涉及量子信息技术领域，特别是一种基于d级单粒子的量子秘密共享方法。

背景技术

秘密共享是现代密码学的一个重要的分支，它主要是为了加强密钥的保密强度，降低密钥泄漏的风险而产生的，目前广泛应用于密钥管理协议、多方安全计算、电子拍卖等方面。在一个简单的三方秘密共享协议中，一个秘密拥有者将秘密消息S拆分成2个子秘密并将其分别发送给两个参与者。每个参与者只知道自己的子秘密，而无法从中推出关于S的任何信息。只有当这两个参与者协作利用他们手中的子秘密才能恢复出秘密消息S。然而，由于经典的信号可以被攻击者任意地复制而不会被发现，所以秘密拥有者无法确保每个子秘密都能够安全地传给这两个参与者。因此，从理论上来说，如果仅靠经典的方法无法实现秘密共享方案的完全安全性。

随着量子信息技术的发展，人们尝试利用量子密码来解决这个关键密码原语问题。1998年，Hillery等人利用三粒子GHZ态提出第一个三方量子秘密共享协议(QSS)。然而，遗憾的是这个协议是不安全的。由于在秘密共享协议中可能存在不诚实的参与方，他们可利用参与协议的机会来窃取秘密。因此，与其他量子密码协议相比，量子秘密共享协议的安全性要求更高，需要更为巧妙的设计。随后，人们对该QSS协议进行改进并将其推广到多方的情形。考虑在现有技术条件下制备多粒子GHZ纠缠态的困难性，人们又尝试利用两粒子Bell态、单粒子量子态等来实现该安全任务，但这些协议存在效率偏低，或需要参与者具有较复杂的量子操作能力等缺点。因此，设计一个安全高效实用的量子秘密共享协议具有一定的理论意义和实用价值。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种基于d级单粒子的量子秘密共享方法，能够实现多个用户分享一个经典秘密消息。

本发明采用以下方案实现：一种基于d级单粒子高效实用的量子秘密共享方法，包括以下步骤：

步骤S1：令秘密分发者为R₀，N个参与者分别为R₁，...R_j...R_N,其中，R_j为第j个参与者；所述秘密分发者R₀将秘密分割成N份等长的子秘密，并将N个子秘密随机分配给N个参与者；

步骤S2：所述秘密分发者R₀提供一串d级单粒子串作为信息载体即载体粒子，通过对粒子的局域幺正操作即编码将随机消息嵌入到载体粒子中，并利用块的方式将编码后的粒子串传输给第一个参与者R_j(j＝1)；所述第一个参与者在收到粒子串后，将其拥有的子秘密消息编码到载体粒子中；然后，参与者R_j将编码后的粒子串传递给下一个参与者R_j+1；

步骤S3：最后一个参与者R_N执行与步骤S2中参与者一样的编码操作，然后将粒子串传回给分发者R₀；

步骤S4：收到包含所有参与者秘密消息的粒子串后，所述秘密分发者R₀随机选择基B或对每一个载体粒子进行测量，并记录测量结果；