基于节点信任的量子信任评估方法

文档序号:9633646阅读:673来源:国知局
基于节点信任的量子信任评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种量子信任评估方法,尤其设及基于节点信任的量子信任评估方 法。
【背景技术】
[0002] 量子通信是指利用量子相干叠加、量子纠缠效应和量子隐形传态进行信息传递的 一种新型的通讯方式,而现有的量子通信安全协议和技术等都隐含地与信任相关,或者预 先假定了某种信任前提,或者目的是为了创建或获得某种信任关系。因此,类似于经典网 络,量子通信网络中对信任的研究主要讨论两种相互关联的信任关系:(1)客观信任(对客 体节点的信任)是基于证据的信任,因而可W精确地描述、推理和验证;(2)主观信任(主 体节点的信任,主体节点是指由人或人和客体节点的混合体所构成的个体或群体),作为一 种认知现象,是一种主观信念,是对主体节点的特定特征或行为的特定级别的主观判断,而 运种主观判断是独立于对主体特征和行为的监控的。主观信任是客观信任的重要前提和基 础,其本质上是基于信念的,具有很大的不确定性(表现为随机性、多样性和模糊性),无法 精确地加W描述和验证。而对主观信任进行形式化研究的主要困难也在于如何对运种不确 定性进行建模。

【发明内容】

[0003] 本发明的目的就在于为了解决上述问题而提出基于节点信任的量子信任评估方 法。
[0004] 本发明通过W下技术方案来实现上述目的: 阳〇化]本发明包括量子信任模型的建模和量子信任评估的方法,
[0006] 量子信任模型的建模:
[0007] 在量子通信中,一个量子态可W表示为I 4 >= a |〇〉+0 |1〉,其中a2+e2= 1; 同时还考虑到量子通信网络中,信任具有随机性、多样性和模糊性等不确定性因素,因此借 助于直觉模糊集的隶属度和非隶属度理论来描述各个节点隶属于某个因数的隶属度;
[0008] 定义1 :设U为非空集合,Ui为U中的元素,U上的一个直觉模糊集定义为:
[0009] A ={< Ui, JiA(Ui), ^A(Ui) > IUiE U}
[0010] 定义2 :假定量子通信网络中的第i个节点Ui,评价其信任值的第j个因素用量子 态|?,〉" =COS刮巧+Sin刮1>表示;但由于在实际应用中,每个信任因素的重要程度不同,在此 给每个信任因素增加一个权重因素tj;运样,评价第i个用户的信任值可W表示为:
〇)
[0012] 根据定义1和公式(1)中的cos2 0 ,是U1对第j个信任因素的隶属度,Sin2 0 ,是 Ui对第j个因素的非隶属度,COS2 0 ,+Sin2 0 ,= 1;t,(j= 1,2,. . .,m)为每个信任因素的 权重系数,满足Zr,.二I. 片,
[0013] 把量子通信网络中评价各节点Ui信任值的各因数用模糊直觉集理论的隶属度和 非隶属度来描述,完成了各节点主观信任的建模,将该模型称之为量子信任模型;
[0014] 量子信任评估的方法:
[0015] 步骤1 :初始化阶段
[0016] 假定事先Ui已通过注册的方式将其有关信任的信息存储在TTP那里,用量子态表 示为:
(2) m 阳〇1引在式似中,各信任因素的权重系数tj满足= I. 0对应第j个信任因素;丫 1 对. ', 对应第i个节点综合信任的描述,COS^ Y 1是U 1对j个信任因素的隶属度,Sin 2 Y 1是U 1对 j个f旨任因素的非隶属度,COS Yi+sin Yi二1,其中i二1,2,
[0019] 假定TTP与各用户Ui之间共享一对处于纠缠态中的量子比特 r〉。= (600) + 1] 1〉)/尤巧中粒子T归TTP所有,粒子A归Ui所有,为了举例方便,设定U 3想 和Ul通信;
[0020] 步骤2 :叫通过经典信道向TTP发送希望与U 1通信的请求;
[0021] 步骤3 :TTP收到请求并确认是U3后,并告知U 1,U3想和他通信;
[0022] 步骤4 :借助于量子隐形传态实现信任值的传递; 阳〇2引 TTP将Ui预先保存在它那里的信任值信息,由TTP制备成U 1信任值的量子态 巧氣,=COsrJ巧+細n|i〉,通过量子信道发送给叫,具体过程如下:
[0024] ①TTP对量子态K),,,和粒子T进行Bell基联合测量,得到测量结果;
[002引具体做法是:TTP将其制备成的量子态1巧=COS/i|0〉十Sinri|l〉,与他们共享的处 于纠缠态中的量子态的粒子T和粒子A进行《@:,,运算,得到S粒子体 系|P),,,所处的量子态为:
阳027] 在式(3)中的@为张量积,|<1)%、|<1)\4、|4%和|4\4为四个8611态,分别 为:
[0032] ②TTP把测量结果发送给咕
[003引③U3根据收到的经典信息,只需对他拥有的粒子A做相对应的操作,恢复出U 1信 任值的原始量子态k>,,, =COsnI巧+ sin/i|l〉;
[0034] 设定节点事先与TTP已约定:经典信息00、01、10和11分别代表TTP的测量结果 4、a、I 4〉TA、I 和I 4〉TA。当叫收到TTP发送的信息00、01、10和11时,就做相对 应的么正操作,即可得到Ui信任值的量子态K〉。, =COSrjl};
[00对步骤5叫根据恢复出的K),,, =cos;^i|0) +加沖),计算出Ui的信任值,并根据计算 出的f目任值评判是否f目任Ui。
[0036] 本发明的有益效果在于:
[0037] 本发明是基于节点信任的量子信任评估方法,与现有技术相比,本发明W基于信 任节点的可信量子中继网络为研究对象,将信任管理引入到量子通信网络中,W评价节点 的信任值作为基础来构建安全可信的量子通信网络,并W信任值作为评判量子通信网络中 各用户是否可信的依据;借助于量子纠缠效应和量子隐形传态等独有特性,研究并提出了 基于节点信任的量子信任评估方法,对量子信任评估的思路及过程进行了详细的说明;最 后分析了本发明提出的基于节点信任的量子信任评估方法的可行性、合理性和安全性,运 为建立安全可信的量子通信网络提供了一种有价值的新思路和新方法。
【附图说明】
[0038] 图1是具有可信第=方TTP的量子通信网络结构图;
[0039] 图2是具有可信第=方TTP的量子信任评估流程图。
【具体实施方式】
[0040] 下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0041] 基于节点信任的量子信任评估方法的思路:
[0042] 通过分析发现,在基于信任节点的可信中继网络中,各节点之间的信任评估可W 借助于可信第S方TTP(trusted third party)来进行评价。假若在量子通信网络中有n 个节点(用户)叫,U2,. . .,U。和一个可信第S方TTP,各节点在加入到量子通信网络时首先 要在TTP进行注册登记(比如提交历史信誉度、身份信息等属性);注册登记时,借助于直 觉模糊集的隶属度和非隶属度理论来刻画各节点属性的不确定性,完成主观信任的定量描 述(即主观信任的数学建模);各节点间在进行安全通信前,借助于量子纠缠态、量子隐形 传态等获取某节点有关信任的信息;然后根据获取节点的信任值信息,计算某节点的信任 值,再根据计算出来的信任值来评价对方是否可信。
[0043] 基于节点信任的量子信任评估的具体思路(如图1所示):假定节点U3想和节点 Ui通信,但是U3并不知道U1是否可信,为了防止U1欺骗U3,1?从TTP那里获取有关评价U1 信任的相关信息,U3借助于TTP提供的信息,计算出U1的信任值,并根据信任值来评判U1是 否可信。注:图1中考虑到网络结构图的清晰,图中TTP只标注了 Ui、U3、U3;
[0044] 如图2所示,本发明包括量子信任模型的建模和量子信任评估的方法,
[0045] 量子信任模型的建模:
[0046] 在量子通信中,一个量子态可W表示为I4>=a|〇〉+6I1〉,其中a2+P2二1; 同时还考虑到量子通信网络中,信任具有随机性、多样性和模糊性等不确定性因素,因此借 助于直觉模糊集的隶属度和非隶属度理论来描述各个节点隶属于某个因数的隶属度;
[0047] 定义1 :设U为非空集合,Ui(i= 1,2,...,n)为U中的元素,U上的一个直觉模糊 集定义为: |;0048]A={<Ui,JiA(Ui), ^A(Ui) >IUiEU} W例其中,- [0,1],馬 臣[(川;Ua:U- [0,1],[化U 阳0加]对于ViVg瓜,0《H A相)+ U A相)《1。 阳05U ^A(Ui)表示U对集合A的隶属度,UA(Ui)表示Ui对集合A的非隶属度。 阳0巧定义2:如图1所示,假定量子通信网络中的第i个节点Ui(i=1,2, . . .,n),评价 其信任值的第j(j = 1,2, . . .,m)个因素用量子态h〉,,, 阳+加刮1}表示;但由于在实 际应用中,每个信任因素的重要程度不同,在此给每个信任因素增加一个权重因素ti(j=1,2,...,m);运样,评价第i个用户的信任值可W表示为: '讯 阳05引 I巧.),,,=公/COSA10〉+Sin刮 1>) (I)
[0054]根据定义1和公式(1)中的cos2 0 ,是U 1对第j个信任因素的隶属度,Sin 2 0 ,是 Ui对第j个因素的非隶属度,COS20,+Sin20,=1;t,(j = 1,2,. ..,m)为每个信任因素的 m 权重系数,满足2>,二!。 知.1 阳化5] 把量子通信网络中评价各节点Ui(i=1,2, ...,n)信任值的各因数用模糊直觉集 理论的隶属度和非隶属度来描述,比较客观地反映了主观信任的实际情况(主观信任的不 确定性),完成了各节点主观信任的建模,本发明将该模型称之为量子信任模型。
[0056] 量子信任评估的方法:
[0057] 步骤1 :初始化阶段
[0058] 假定事先Ui(i= 1,2, ...,n)已通过注册的方式将其有关信任的信息存储在TTP 那里,用量子态(在发送前由TTP制备)表示为:
化 柳6〇] 在似式中,各信任因素的权重系数tj满足Z,',' = 1. 0对应第j个信任因素;丫 1 护 1 , 对应第i个节点综合信任的描述,COS^ Y 1是U 1对j个信任因素的隶属度,Sin 2 Y 1是U 1对j个f旨任因素的非隶属度,COS Yi+sin Yi二1,其中i二1,2, ...,no
[0061] 假定TTP与各用户UiQ二1,2,...,n)之间共享一对处于纠缠态中的量子比特 r〉£4 = (I 〇〇〉- 11〉)/~5,其中粒子T (第1个量子比特)归TTP所有,粒子A (第2个量子比 特)归Ui(i=1,2,...,n)所有。为了举例方便,我们假定U3想和U1通信(图1中用加粗 线条表示)。
[0062] 步骤2 :叫通过经典信道向TTP发送希望与U 1通信的请求。
[0063] 步骤3 :TTP收到请求并确认是叫后,并告知U 1,叫想和他通信。
[0064] 步骤4 :借助于量子隐形传态实现信任值的传递。 W65] TTP将Ui预先保存在它那里的信任值信息,由TTP制备成U 1信任值的量子态 A)。, =cos/i|〇>+sinri|i〉(即要隐形传态的量子态),通过量子信道发送给叫,具体过程如 下:
[0066] ①TTP对量子态K),,,和粒子
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