[发明专利]随机调制相位和幅度的量子噪声密码通信方法及系统

说明书

本发明提供了一种随机调制相位和幅度的量子噪声密码通信方法及系统，包括：步骤S1：将每一主密钥子单元分别生成会话密钥；步骤S2：将多个会话密钥分别分成多组；步骤S3：根据选择加密密钥信息，选择将明文信息调制在相位或者幅度之上；根据相应的加密密钥进行移相或者是调幅，再根据伪装密钥对另一个未调制的维度进行伪装加密；步骤S4：当接收端接收到加完密的量子态之后，将主密钥分成一个或者多个部分，算出各解密密钥。步骤S5：接收端根据解密密钥对收到的量子态进行相位和幅度还原，获取量子噪声密码通信结果信息。本发明将发送量子态的相位和幅度都进行了调制，使得传输量子态更为复杂，量子噪声能够起到更好的掩护作用。

技术领域

本发明涉及量子噪声密码通信技术领域，具体地，涉及一种随机调制相位和幅度的量子噪声密码通信方法及系统，尤其涉及一种新型基于随机调制相位和幅度的量子噪声密码通信方法。

背景技术

随着信息技术的不断发展，信息传输的手段越来越多种多样，人们能够传输的信息内容也越来越丰富，这就使得信息的暴露会给个人，团体甚至是整个社会带来巨大的影响。因此，人们对于信息传输安全性的问题也越来越重视。但是现阶段，人们多通过增加计算复杂度的方式来提升加密后信息的安全性。而随着计算机，特别是量子计算机的不断发展，计算机的计算力大幅提升，这种依靠计算复杂度的加密方式正在变得越来越不安全。为了解决人们对于量子计算机不断发展而产生的通信安全担忧，量子密码通信因其极高的安全性，越来越被人们所重视。

人们常说的量子密码通信，通常狭义上指的是量子密钥分发，而量子密钥分发研究主要分为两类，一类是基于单光子编解码与检测的离散变量量子密钥分发协议，一类是基于正则分量连续编解码与相干检测的连续变量量子密钥分发协议。两种密钥分发方法各有优缺点，连续变量技术因其具有高的信道容量、易于集成、和现有光通信系统融合较好等特点受到各国学者的广泛关注。当前，研究者们对于这两类协议的研究已经比较完善，在协议的安全性研究，协议使用场景和协议的改进方面，都有研究者做出了非常不错的成果。但是量子密钥分发只解决了收发端的密钥获取问题，对于数据，通常还是采用经典的基于数学复杂度的经典的对称加密方式进行加密。在这个前提下，一种利用量子物理特性的数据加密协议，即量子噪声密码通信协议由美国西北大学学者H.P.Yuen在2000年提了出来。

在该协议中，发送端根据事先共享的一串密钥，将原本只是简单地调制在正交相位上的量子信号，随机调制到非正交的不同相位上。由于各相位之间间隔很小，在存在量子噪声的情况下无法准确区分，窃听者如果想要破解这些信息，就必须忍受量子噪声带来的严重误码干扰，而合法接收方由于拥有事先共享的一串密钥，可以根据这串密钥还原出原本的传输量子态，从而实现信息的成功解码。

噪声密码通信中利用的量子噪声，是物理上不可避免的，是由不确定性原理和测不准原理所保证的。所以说，这种加密方式的安全性是由不可改变的物理定理所保证的，这也就是人们常说的量子密码通信绝对安全性的基础。但是需要注意的是，尽管物理定律是无懈可击的，但是协议依然是存在漏洞的，即窃听者在一些条件下，如相空间划分较小时，依然可获取部分明文信息，其安全性存在一定隐患。本发明针对这个问题，提出了一种改进的新型量子噪声密码通信方案，可在同等条件下降低窃听者获取的信息，提升了量子噪声密码通信方案的安全性。

专利文献CN110601837A公开了一种基于量子信息压缩在噪声情况下的保密通信方法及系统，包括：利用量子信息压缩方法对量子信息进行压缩，在传输信道安全检测信息的同时也传输压缩后的有效信息，并记录压缩位置；将信道检测信息与有效信息进行组合传输给Bob，等待Bob返回信道确认帧ACK；传输相应的解压缩内容，进行有效信息的解码工作。将传统量子保密通信协议进行改进，将原先的两步通信改为一步传输，在传输信道安全检测信息的同时也传输压缩后的有效信息，节省一半的传输时间。该专利在性能上仍然有待提高的空间。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种随机调制相位和幅度的量子噪声密码通信方法及系统。