[发明专利]基于逻辑Bell态的抗集体退相位噪声认证量子对话方法

摘要

本发明提出一个基于逻辑Bell态的抗集体退相位噪声认证量子对话方法。本发明提出的方法能在集体退相位噪声信道上在两个参与者之间安全地同时实现相互身份认证和对话。这里，通过经典信道传输的信息可被窃听和修改。一种用于选择样本逻辑量子比特测量基的秘钥事先被两个参与者秘密地共享。Bell态测量而非四量子比特联合测量被采用用于解码。两个参与者借助于直接传送辅助逻辑Bell态共享信息逻辑Bell态的初态。这样，信息泄露问题被避免。来自Eve的扮演攻击、中间人攻击和修改攻击都能被检测到，而且木马攻击天然地被避免。

主权项

一种基于逻辑Bell态的抗集体退相位噪声认证量子对话方法，在两个参与者之间事先秘密地共享一种用于选择样本逻辑量子比特测量基的秘钥K；采用Bell态测量而非四量子比特联合测量用于解码；借助于直接传送辅助逻辑Bell态在两个参与者之间共享信息逻辑Bell态的初态以避免信息泄露问题；能检测到来自Eve的扮演攻击、中间人攻击和修改攻击，而且天然地避免木马攻击；共包括以下七个过程：S1)Alice制备2N个信息逻辑Bell态{(A1，B1)，(A2，B2)，…，(A2n‑1，B2n‑1)，(A2n，B2n)，…，(A2N‑1，B2N‑1)，(A2N，B2N)}(n＝1，2，…，N)，其中每两个相邻的信息逻辑Bell态(A2n‑1，B2n‑1)和(A2n，B2n)被制备随机处于四个量子态之一的相同的量子态；Alice分别挑出带有奇数下标和偶数下标的逻辑量子比特A来组成序列SOA和SEA，也就是，SOA＝{A1，A3，…，A2n‑1，…，A2N‑1}和SEA＝{A2，A4，…，A2n，…，A2N}；Alice对逻辑量子比特B也做同样的事情，相应地，有SOB＝{B1，B3，…，B2n‑1，…，B2N‑1}和SEB＝{B2，B4，…，B2n，…，B2N}；然后，为了安全检测和相互身份认证，Alice制备与秘钥K的长度相等数量的样本逻辑Bell态，并将这些样本逻辑Bell态分成分别由逻辑量子比特A和B构成的两个子序列；然后，Alice将由样本逻辑量子比特A构成的子序列随机插入SEA以形成S′EA；同样地，Alice对样本逻辑量子比特B和SEB做同样的事情以形成S′EB；然后，Alice保持SOA、S′EA和SOB不动，并通过一个量子信道以块传输的方式将S′EB传送给Bob；S2)在Bob告知Alice收到S′EB后，Alice检测S′EB的传输安全性并认证Bob的身份；Alice通过一个经典信道告诉Bob S′EB中样本逻辑量子比特的位置；根据K，Bob测量S′EB中的样本逻辑量子比特以得到测量结果然后，Bob通过经典信道将他的测量结果发送给Alice；根据K，Alice测量S′EA中的样本逻辑量子比特以得到测量结果由于Alice亲自制备样本逻辑Bell态，根据和她能同时判断出S′EB传输期间窃听者的存在性以及Bob的身份；如果Alice发现有误，她中断通信，否则，她也以块传输的方式通过量子信道将S′EA传送给Bob；S3)在Bob告知Alice收到S′EA后，Alice告诉Bob S′EA中样本逻辑量子比特的位置；然后，Bob丢弃S′EA和S′EB中的样本逻辑量子比特；相应地，S′EA和S′EB被分别转变回SEA和SEB；然后，Bob从SEA和SEB分别挑出逻辑量子比特A2n和B2n，并将它们重新保存为第2n个信息逻辑Bell态；然后，为了知道(A2n，B2n)的量子态，Bob分别对第1和第3个量子比特以及第2和第4个量子比特施加两个Bell态测量；由于每两个相邻的信息逻辑Bell态(A2n‑1，B2n‑1)和(A2n，B2n)被Alice在步骤S1制备成处于相同的量子态，Bob能从(A2n，B2n)直接知道(A2n‑1，B2n‑1)的量子态；S4)Alice也以块传输的方式通过量子信道将SOB传送给Bob；然后，Bob从SOB选择N/4个逻辑量子比特作为样本逻辑量子比特并通过经典信道告诉Alice它们的位置；根据K，Alice测量SOA中相应的样本逻辑量子比特以得到测量结果然后，Alice通过经典信道将她的测量结果发送给Bob；根据K，Bob测量SOB中的样本逻辑量子比特以得到测量结果然后，由于Bob在步骤S3知道(A2n‑1，B2n‑1)的量子态，根据和他能同时判断出SOB传输期间窃听者的存在性以及Alice的身份；如果Bob发现有误，他中断通信，否则，通信继续；S5)Alice和Bob分别按顺序丢弃SOA和SOB中的样本逻辑量子比特；剩余的SOA和SOB分别用S′OA＝{A′1，A′2，…，A′3N/4}和S′OB＝{B′1，B′2，…，B′3N/4}来表示；然后，为了编码，Alice对A′d(d＝1，2，…，3N/4)施加逻辑酉操作这样，S′OA被转变为然后，Alice也以块传输的方式通过量子信道将S″OA传送给Bob；S6)在收到S″OA后，为了编码，Bob对A′d施加逻辑酉操作这样，S″OA被转变为然后，Bob从S″′OA和S′OB分别挑出A′d和B′d以构成第d(d∈{1，2，…，3N/4})组；然后，为了知道的量子态，Bob分别对第1和第3个量子比特以及第2和第4个量子比特施加两个Bell态测量；根据他自己的逻辑酉操作和他对的测量结果，Bob能够读出(id，jd)，因为他知道(A′d，B′d)的量子态；这里，解码出的经典比特被表示为m′A||h(mA)′，其中m′A是解码出的mA，h(mA)′是解码出的h(mA)；然后，Bob计算m′A的哈希值(称之为h(m′A))并将h(m′A)与h(mA)′进行比较；如果它们是相同的，m′A被Bob认为是真正的mA并且通信继续，反之，通信被终止；S7)Bob通过经典信道将他对的测量结果发送给Alice；同样地，根据她自己的逻辑酉操作Alice能够知道(td，ld)(d∈{1，2，…，3N/4})，因为她自己制备(A′d，B′d)；这里，解码出的经典比特被表示为m′B||h(mB)′，其中m′B是解码出的mB，h(mB)′是解码出的h(mB)；然后，Alice计算m′B的哈希值(称之为h(m′B))并将h(m′B)和h(mB)′进行比较；如果它们是相同的，m′B被Alice认为是真正的mB，反之，通信被终止。