基于参数已知的非最大纠缠Bell态的多方量子密钥协商方法与流程

文档序号:20202935发布日期:2020-03-27 20:49阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于参数已知的非最大纠缠bell态的多方量子密钥协商方法,其特征在于,包括:整个方案中包含m个参与者pi(i=1,2,…,m),并且网络中心服务器要确保每个参与者都已经通过量子身份安全认证;

经所有参与者协商出本次方案所需协商密钥的长度为n(n为整数),由于在最后各参与者需要利用povm测量各自接收到的未知bell态并进行相应的解码操作,所以每一方参与者pi都需各自生成长度为2l的密钥ki(ki,1,ki,2,…,ki,2l),其中l为整数且其中,ηi为每位用户使用povm测量成功的概率;相邻参与者通过检查窃听和协商并对变换后的非最大纠缠bell态中的量子位分别执行各自密钥对应的幺正操作;

最后各参与者把经幺正操作过的粒子恢复出bell态形式,并对每一组bell态进行cnot操作;然后再分别对受控粒子进行单粒子测量,对控制粒子进行povm测量;

各参与用户在参照原始协商密钥的基础上公布povm测量成功的位置。选取各用户公布的povm测量成功的公共位置,所有参与者可以获得最终长度为n的协商密钥

2.如权利要求1所述的基于参数已知的非最大纠缠bell态的多方量子密钥协商方法,其特征在于,具体如下:

步骤1:实施准备由于本方法中所有参与者需要协商生成2l比特量子协商密钥,因此每一位参与密钥协商的合法用户都需制备l个非最大纠缠bell态,其基本形式为其中参数ai和bi为用户pi已知。

然后每个参与用户pi将这l个态顺序的表示为(其中上标的小上标a和b表示每个态的2个比特,上标的小下标表示每个态的顺序)。随后每一方参与者分别将自己所拥有的态中的第一个粒子,第二个粒子分别组合成两个序列如下:

由于需要各用户根据自己的密钥序列对接收到的粒子序列进行编码,所以各用户需要在方案实施前了解本方法编码位置、密钥和编码幺正操作之间的对应关系;

步骤2:序列传输用户pi向粒子序列中随机地插入诱骗单光子序列zi,形成传输序列这些诱饵单光子随机的从{|0>,|1>,|+>,|->}这些状态中选取,其中用户pi通过量子信道将传输序列发送给下一个参与用户(表示模m加)。

步骤3:安全检测当确认用户接收到传输序列后,用户pi向用户公布量子序列中的诱饵单光子的位置,同时公布相应的测量基;其中|0>,|1>采用z基测量,|+>,|->选取x基测量。用户根据用户pi公布的信息从{|0>,|1>,|+>,|->}中选择相应的测量基对诱饵单光子进行测量,并将测量结果发送给用户pi,用户pi可以通过提前设定的阈值来检测是否存在窃听者;

如果错误率低于预设的阈值,表示没有窃听者,继续执行步骤4;

步骤4:编码安全检测通过后,用户丢弃诱饵单光子并恢复出粒子序列用户根据自己的密钥然后通过参考表1中给出的编码位置、密钥和编码幺正操作之间的对应关系,分别对序列中的执行操作得到新的粒子序列然后用户随机向粒子序列中插入诱饵单光子序列,形成传输序列通过量子信道发送给下一位用户

步骤5:重复执行步骤3和步骤4用户重复执行步骤3和步骤4进行安全检测和消息编码,如果所有的序列都是安全的,它们就会在每个序列相应的量子位上编码它们的密钥,并在序列中随机插入诱饵单光子序列,然后发送给下一位参与者,否则,它们将终止本次密钥协议并重新开始。

步骤6:生成协商密钥接收到经过所有其他用户加密操作后的传输序列后,用户pi在用户的帮助下进行安全检测。安全检测通过后,用户pi丢弃诱饵单光子并恢复出粒子序列然后再根据自己的密钥对序列执行操作得到新的粒子序列最后恢复出序列。

接着pi对态中的粒子aj、bj执行cnot操作,j取1、2、…、l;t取0、1、2、3。所有的cnot操作完成后,pi得到新的l个有序的态:如下:

其中

随后pi依次先对态(j取1,2,…,l)中的粒子bj做单比特测量,测量基为{|0>,|1>},其粒子aj将坍缩为j取1、2、…、l。然后pi再以测量成功概率ηi对其粒子aj(j=1,2,…,l)做povm测量并结合单比特测量结果和povm测量结果可以确定自己目前所拥有的粒子处在态;再根据是一一对应的关系,即可确定自己所拥有的密钥。

最后,用户pi公布自己povm测量成功的位置(1,2,…,2l)。各用户pi选取其他m-1个参与用户公布的povm测量成功的位置与自己测量成功的位置中的公共位置作为最终的n比特协商密钥

3.如权利要求2所述的基于参数已知的非最大纠缠bell态的多方量子密钥协商方法,其特征在于,步骤1中,本方法编码位置、密钥和编码幺正操作之间的对应关系,具体如下:

4.如权利要求2所述的基于参数已知的非最大纠缠bell态的多方量子密钥协商方法,其特征在于,pi再对其粒子aj做povm测量,具体如下:首先取测量基

其中

其中x取中的最大值,它能够使得p2成为一个正定算子。

p0,p1,p2的矩阵表示分别如下:

当pi对粒子aj的测量结果为p0时,可区分出粒子aj的状态为|φ0>,此时成功的概率为当粒子aj的测量结果为p1时,可区分出粒子aj的状态为|φ1>,此时成功的概率为当对粒子aj的测量结果为p2时,此为无效结果,无法做出推断。

5.如权利要求2所述的基于参数已知的非最大纠缠bell态的多方量子密钥协商方法,其特征在于,步骤3中,如果错误率超出了提前设定的阈值,就舍弃之前的全部操作重新开始方案。

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