[发明专利]一种单诱骗态量子数字签名方法

说明书

本发明提供一种单诱骗态量子数字签名方法，在密钥分发阶段，本方案只需要将光源强度调制为两种强度，即信号态和诱骗态，即可进行高效的参数估计和量子数字签名。该方法避免了传统多强度诱骗态量子数字签名方案中制备真空态的要求，降低了实验实现的难度，同时减少了随机数的消耗。本发明使用低损耗不等臂Mach‑Zehnder干涉仪和实时偏振补偿方法，实现了高效的密钥传输和签名。本发明系统实现简单，运行稳定，与以往的工作相比，在满足量子数字签名协议的不可抵赖性、不可伪造性、可转移性的安全前提下，成功地实现了更高的签名率和更远的传输距离。

技术领域

本发明涉及量子通信中的量子数字签名技术领域，尤其涉及一种单诱骗态量子数字签名方法。

背景技术

数字签名在很多情景下都扮演着重要的角色，比如软件分发、电子商务和金融交易，这些都需要保证信息的真实性和完整性。目前广泛使用的数字签名方案一般采用公钥加密，由于单向数学函数的复杂性和有限的计算资源，公钥加密被认为是安全的。然而，随着算法的重大突破和量子计算机的快速发展，这一观点是站不住脚的。为了摆脱这种困境，根据量子力学的基本原理，最早由Gottesman和Chuang提出的量子数字签名(QuantumDigital Signature,QDS)能够保证信息安全。但由于原始协议需要长期的量子存储，在实验上具有挑战性。随后的QDS的实验尝试，在不受非破坏性量子态比较和量子存储限制的情况下，仍然使用了安全的量子通道假设。最新的QDS方案成功地将技术复杂度降低到量子密钥分发(QKD)的水平，即不再需要安全量子信道的假设。在防止信道窃听方面，通常使用诱骗态方法抵抗光子数分攻击。然而，诱骗态QDS方案在实验操作的简化和签名率的提高两方面仍需要改善。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种单诱骗态量子数字签名方法，使用低损耗不等臂Mach-Zehnder干涉仪，针对干涉仪的特殊结构采用实时偏振补偿方法，实现有效的单诱骗态BB84的相位编码方案。基于以上优点，可以在103公里的光纤中获得了0.985比特/秒的签名率，此外可以实现迄今为止最长280公里以上的签名距离，这表现单诱骗态QDS在实际应用中的优越性。

本发明提供一种单诱骗态量子数字签名方法，所述方法包括三个参与者：一个签名者Alice和两个接受签名对象Bob和Charlie，所述方法包括两个阶段：分发阶段和消息阶段，具体方法如下：

在分发阶段，密钥生成协议由Bob-Alice和Charlie-Alice分别执行生成密钥串；对于需要签名的信息m∈{0,1}，Bob或Charlie通过随机地选择一个比特b∈{0,1}，基强度λ∈{μ,ν}来制备N_t个量子态，并将它们发送给Alice；Alice随机地选择基来测量，对基筛选后，Bob或Charlie和Alice可以得到Z基下长度为l的密钥，记为和(和)。其中，由Bob或Charlie持有，和由Alice持有，然后，Bob或Charlie随机选取Z基密钥的一小部分，如k长度，用来估计错误率E_BA(E_CA)，Z基剩下长度为L的密钥，记为和(和)，用来签名信息m，最后Bob或Charlie随机地选择密钥中的一半，将该部分密钥及相应位置通过Bob和Charlie之间的保密经典通道发送给Charlie或Bob，将Bob和Charlie交换后的密钥分别表示为和其中，表示Bob(Charlie)用来交换的一半密钥，表示Bob(Charlie)保留的一半密钥；