[发明专利]一种基于Bell态的两方量子密钥协商方法及系统

说明书

本发明属于量子保密通信技术领域，公开了一种基于Bell态的两方量子密钥协商方法及系统，基于Bell态的两方量子密钥协商方法无需第三方参与，通信双方用户通过执行协议，实现在保证密钥安全的前提下，使得密钥是由通信两方共同、公平的协商出来，协议任意一方不能独自决定或先于另一方提前获知最终密钥。本发明采用半量子技术实现，降低了用户的硬件成本。参与密钥协商的双方，只需具有两种基本的量子功能，无需复杂的量子操作，就完成密钥协商；本发明易于部署，易于在推动量子通信协议中应用。

技术领域

本发明属于量子保密通信技术领域，尤其涉及一种基于Bell态的两方量子密钥协商方法及系统。

背景技术

目前，最接近的现有技术：

密钥管理是密码学中的一个极其重要的研究领域，其中的密钥建立主要研究如何在传输实体间安全、高效地生成会话密钥。根据会话密钥生成方式不同，密钥建立协议可分为两类：密钥分发协议和密钥协商协议。当前，在量子通信网络密钥建立方面的研究主要关注密钥分发问题，而对密钥协商的研究很少提及。这主要与量子通信设备的工作机制有关，在量子通信网络中，节点大多是部署为收、发独立性量子设备，即节点只能发送量子或接收量子，而用于延长节点通信距离的中继节点却为收发一体化量子设备。这种网络部署方案只能实现信息的单向传递，因此只适用于解决密钥分发问题，即由一方用户负责生成、发送密钥给另一方，接收方只能被动的接收密钥，而无法实现密钥协商。

半量子环境是2007年被提出，在该环境中只要有少数节点具备高级的量子能力，就可以在这些节点的协助下，实现所有节点之间的量子保密通信。半量子环境中所有节点都为收发一体化量子设备，但节点被分成两类，一类节点称为经典节点，此类节点只能执行如下三种基础的量子操作：

1)使用基{|0>,|1>}测量量子。

2)制备、发送一个处在|0＞或|1＞态的量子。

3)对收到的量子不做任何更改，直接反射回发送方。

另一类节点称为量子节点，此类节点具有完备的量子功能，可以制备、发送各类量子态，使用各种测量基，对量子执行酉操作和存储量子等。由于网络中的大部分节点不需要配置高级的量子设备，所以可以在扩充现有经典网络节点功能的基础上，实现量子保密通信网络的应用。此外，对于高级的量子设备可以统一由专门的量子服务商提供，用户通过租借使用，降低量子通信网络推广的难度。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)在现有密钥分发协议或量子安全直接通信协议中，为了保证传输量子的安全性，发送方往往需要在发送的量子序列中添加处于不同态的窃听检测光子以保证传递量子的安全性，这也造成除了发送方需要配备制备、测量各类量子的量子设备，接收方也需要配备测量各类量子的设备，而且往往还需要量子存储器、酉操作等设备辅助协议地运行。

由于当前量子设备的成本很高，普通用户无法承担如此昂贵的量子设备，这就限制了量子保密通信网络的实用化进程。

(2)在当前网络应用中平等是一个重要的安全属性，即生成的密钥是由参与者共同协商出来的，而不是由某一方单独决定。特别是在某些电子商务应用中，为了保证购卖双方的利益，通信所使用的密钥应该是通信双方共同协商获得。当前研究的量子密钥分发协议由于受到量子通信网络单向传输的限制，使得实现的主要目标是密钥的安全传输，而并没有解决通信双方密钥协商问题。

解决上述技术问题的难度：

如要解决上述问题，首先需更改量子通信网络的通信结构，打破原有量子通信的网络架构，将终端量子节点改造成和中继节点一样的集接收和发送量子功能为一体的量子收发设备，因此如何部署量子网络结构是难点之一。

在此基础上，为了普及量子网络的应用，将量子功能集成到其中的少量节点上，而大部分节点只具备基本的量子功能，如何在此量子网络架构基础上实现量子安全通信是另一难点。