一种量子保密传输的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种量子保密传输方法和装置，涉及安全【技术领域】，用以在量子保密传输过程中，降低窃听者对截获信息有效破译的概率。包括：发送方与接收方共享一串EPR纠缠对以及各个EPR纠缠对的状态信息；每一EPR纠缠对随机处于两种不同类型的Bell态的任一种、或者至少三种Bell态中的任一种；生成量子态的保密对象；量子态的保密对象中包括多个保密比特；利用第一密钥粒子对保密比特加密，得到加密后的保密对象；将加密后的保密对象发送给接收方，以使得接收方根据EPR纠缠对所处于的Bell态，利用第二密钥粒子对其接收到的加密后的保密对象解密并测量，得到经典态的解密对象；所述经典态的解密对象包括多个解密比特。
【专利说明】一种量子保密传输的方法和装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及安全【技术领域】，尤其涉及一种量子保密传输的方法和装置。
【背景技术】
[0002] 密码技术可以大致地分为两类：一类是传统基于数学的密码技术，如对称密码体 制、非对称密码体制等；一类是非数学的密码技术，如量子密码，DNA密码等。量子密码技 术，是以单个量子态作为信息的载体，不同的量子态代表不同的信息，然后利用通信网络发 送给接收方。量子态常见的表达形式有|〇>、|1>等。不同的量子态表示了不同的编码， 例如|〇 >可以代表0, |1 >可以代表1。
[0003] 基于量子密码技术，现有技术中提供了一种对会话密钥进行加密的方案。具体包 括以下几个步骤：
[0004] 发送方产生一串EPR(Einstein, Podolsky, Rosen,爱因斯坦、波多尔斯基、罗逊） 纠缠对（apb)，（a2，b2)，…，（a m，bm，其中（apbD表示一个EPR纠缠对（1 < i < m，m是大
【权利要求】
1. 一种量子保密传输的方法，其特征在于，包括： 发送方与接收方共享一串EPR纠缠对以及各个EPR纠缠对的状态信息；每一所述EPR 纠缠对随机处于两种不同类型的Bell态的任一种、或者至少三种Bell态中的任一种；其 中，所述EPR纠缠对包括：一个第一密钥粒子和一个第二密钥粒子； 发送方生成量子态的保密对象；所述量子态的保密对象中包括多个保密比特； 发送方利用所述第一密钥粒子对所述保密比特加密，得到加密后的保密对象，并将所 述加密后的保密对象发送给接收方；以使得接收方根据EPR纠缠对所处于的Bell态，利用 所述第二密钥粒子对其接收到的加密后的保密对象解密并测量，得到经典态的解密对象； 所述经典态的解密对象包括多个解密比特。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发送方利用所述第一密钥粒子对 所述保密比特加密，得到加密后的保密对象，并将所述加密后的保密对象发送给接收方包 括： 若所述一串EPR纠缠对的长度大于或等于所述保密对象的长度，则发送方利用所述第 一密钥粒子对所述保密对象中的各保密比特加密，得到加密后的保密对象，并发送给接收 方；或者， 若所述一串EPR纠缠对的长度小于所述保密对象的长度，则发送方利用全部第一密钥 粒子对所述保密对象中的部分保密比特的加密，得到部分加密后的保密对象，并发送给接 收方；执行循环：根据当前EPR纠缠对的Bell态对当前已经用过的第一密钥粒子进行恢复 操作，在EPR纠缠对的Bell态更新后，和接收方共享更新后的各个EPR纠缠对的状态信息； 利用更新后的EPR纠缠对中的第一密钥粒子对保密对象中的剩余保密比特进行加密，得到 部分加密后的保密对象，并发送给接收方，直到所述保密对象全部完成加密,并发送给所述 接收方。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在完成一次加密并发送之后，所述方法还 包括： 执行窃听检测流程；所述窃听检测流程包括：利用检测位置处的保密比特的经典态和 解密比特检测是否存在窃听。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述加密后的保密对象发送给接收 方之后，所述方法还包括： 发送方根据当前EPR纠缠对的Bell态对当前已经用过的第一密钥粒子进行恢复操 作； 在EPR纠缠对的Bell态更新后，和接收方共享更新后的各个EPR纠缠对的状态信息； 利用检测位置处更新后的EPR纠缠对中的第一密钥粒子对所述检测位置处的保密比 特进行加密； 将所述检测位置处加密后的保密比特发送给接收方，以使得接收方根据所述检测位置 处更新后的EPR纠缠对所处于的Bell态、以及更新后的EPR纠缠对中的第二密钥粒子，分 别对其接收到的所述检测位置处加密后的保密比特解密并测量，得到所述检测位置处的解 密比特； 执行窃听检测流程；所述窃听检测流程包括：利用检测位置处的保密比特的经典态和 解密比特检测是否存在窃听。
5. 根据权利要求2或4所述的方法，其特征在于，所述根据当前EPR纠缠对的Bell态 对当前已经用过的第一密钥粒子进行恢复操作包括： 若当前EPR纠缠对所处于的Bell态为| Φ+ >，则对当前已经用过的第一密钥粒子做
若当前EPR纠缠对所处于的Bell态为| >，则对当前已经用过的第一密钥粒子做
若当前EPR纠缠对所处于的Bell态为| Ψ+ >，则对当前已经用过的第一密钥粒子做
若当前EPR纠缠对所处于的Bell态为| >，则对当前已经用过的第一密钥粒子做
6. 根据权利要求2或4所述的方法，其特征在于，所述在EPR纠缠对的Bell态更新后， 和接收方共享更新后的各个EPR纠缠对的状态信息包括： 发送方对第一密钥粒子随机利用一种更新Bell态的操作做处理，以使得所述第一密 钥粒子所属的EPR纠缠对所处于的Bell态得以更新，并将更新后各个EPR纠缠对所处于的 状态信息发送给接收方；或者， 接收由接收方发送的更新后的各个EPR纠缠对所处于的状态信息。
7. 根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述发送方生成量子态的保密 对象包括： 随机产生需要发给接收方的经典比特串，将所述经典比特串转化为量子比特串，作为 所述量子态的保密对象；或者， 将需要发给接收方的信息转化为量子比特串，并在所述量子比特串中随机插入至少一 个量子比特，作为所述量子态的保密对象。
8. -种量子保密传输的方法，其特征在于，包括： 接收方与发送方共享一串EPR纠缠对以及各个EPR纠缠对的状态信息；每一所述EPR 纠缠对随机处于两种不同类型的Bell态的任一种、或者至少三种Bell态中的任一种；其 中，所述EPR纠缠对包括：一个第一密钥粒子和一个第二密钥粒子； 接收方接收加密后的保密对象，并根据EPR纠缠对所处于的Bell态，利用所述第二密 钥粒子对其接收到的加密后的保密对象解密并测量，得到经典态的解密对象；所述加密后 的保密对象由所述发送方利用所述第一密钥粒子对所述保密比特加密所得到的；所述经典 态的解密对象包括多个解密比特。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述接收方接收加密后的保密对象，并根 据EPR纠缠对所处于的Bell态，利用所述第二密钥粒子对其接收到的加密后的保密对象解 密并测量，得到经典态的解密对象包括： 若所述一串EPR纠缠对的长度大于或等于所述保密对象的长度，则接收方一次接收全 部加密后的保密对象，并根据EPR纠缠对所处于的Bell态，利用所述第二密钥粒子对加密 后的保密对象解密并测量，得到全部解密对象； 若所述一串EPR纠缠对的长度小于所述保密对象的长度，则接收方接收部分加密后的 保密对象，并根据EPR纠缠对所处于的Bell态，利用所述第二密钥粒子对部分加密后的保 密对象解密并测量，得到部分解密对象；执行循环：对当前已经用过的第二密钥粒子进行 恢复操作，在EPR纠缠对的Bell态更新后，和发送方共享更新后的各个EPR纠缠对的状态 信息，接收部分加密后的保密对象，根据更新后EPR纠缠对所处于的Bell态、利用更新后 EPR纠缠对中的第二密钥粒子对当前接收到的部分加密后的保密对象解密并测量，得到部 分解密对象，直到所述加密后的保密对象全部完成解密。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在完成一次解密并测量之后，所述方法 还包括： 执行窃听检测流程；所述窃听检测流程包括：利用检测位置处的保密比特的经典态和 解密比特检测是否存在窃听。
11. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在得到经典态的解密对象之后，所述方 法还包括： 接收方对当前已经用过的第二密钥粒子进行恢复操作； 在EPR纠缠对的Bell态更新后，和发送方共享更新后的各个EPR纠缠对的状态信息； 接收发送方发送的检测位置处加密后的保密比特； 根据检测位置处更新后的EPR纠缠对的Bell态，利用检测位置处更新后的EPR纠缠对 的第二密钥粒子对所述检测位置处加密后的保密比特进行解密并测量； 执行窃听检测流程；所述窃听检测流程包括：利用检测位置处的保密比特的经典态和 解密比特检测是否存在窃听； 若检测不存在窃听，则生成有效的传输对象。
12. 根据权利要求9或11所述的方法，其特征在于，所述接收方对当前已经用过的第二 密钥粒子进行恢复操作包括： 接收方对当前已经用过的第二密钥粒子做
旋转操作。
13. 根据权利要求9或11所述的方法，其特征在于，所述在EPR纠缠对的Bell态更新 后，和发送方共享更新后的各个EPR纠缠对的状态信息包括： 接收由发送方发送的更新后的各个EPR纠缠对所处于的状态信息；或者， 接收方对第二密钥粒子随机利用一种更新Bell态的操作做处理，以使得所述第二密 钥粒子所属的EPR纠缠对所处于的Bell态得以更新，并将更新后各个EPR纠缠对所处于的 状态信息发送给发送方。
14. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述量子态的保密对象为随机产生的， 所述生成有效的传输对象包括：从解密对象中去除检测位置处的解密比特，得到有效的传 输对象；或者， 所述量子态的保密对象为发送方在需要发给接收方的信息中插入量子比特得到的，所 述检测位置为至少一个插入量子比特的位置，所述生成有效的传输对象包括：从解密对象 中去除各个插入量子比特的位置处的解密比特，得到有效的传输对象。
15. -种量子保密传输的装置，其特征在于，包括： 共享单元，用于与接收方共享一串EPR纠缠对以及各个EPR纠缠对的状态信息；每一所 述EPR纠缠对随机处于两种不同类型的Bell态的任一种、或者至少三种Bell态中的任一 种；其中，所述EPR纠缠对包括：一个第一密钥粒子和一个第二密钥粒子； 生成单元，用于生成量子态的保密对象；所述量子态的保密对象中包括多个保密比 特； 加密单元，用于利用所述第一密钥粒子对所述保密比特加密，得到加密后的保密对 象； 发送单元，用于将所述加密后的保密对象发送给接收方；以使得接收方根据EPR纠缠 对所处于的Bell态，利用所述第二密钥粒子对其接收到的加密后的保密对象解密并测量， 得到经典态的解密对象；所述经典态的解密对象包括多个解密比特。
16. 根据权利要求15所述的装置，其特征在于，若所述一串EPR纠缠对的长度大于或等 于所述保密对象的长度，则所述加密单元用于利用所述共享单元中的第一密钥粒子对所述 生成单元所生成保密对象中的各保密比特加密，得到加密后的保密对象；或者， 若所述一串EPR纠缠对的长度小于所述保密对象的长度，则所述加密单元用于利用所 述共享单元中全部第一密钥粒子对所述生成单元所生成保密对象中的部分保密比特的加 密，得到部分加密后的保密对象；执行循环：根据当前EPR纠缠对的Bell态对当前已经用 过的第一密钥粒子进行恢复操作，在EPR纠缠对的Bell态更新后，和接收方共享更新后的 各个EPR纠缠对的状态信息，利用更新后的EPR纠缠对中的第一密钥粒子对所述生成单元 所生成保密对象中的剩余保密比特进行加密，得到部分加密后的保密对象，直到所述保密 对象全部完成加密。
17. 根据权利要求16所述的装置，其特征在于，还包括：第一检测窃听单元，用于执行 窃听检测流程；所述窃听检测流程包括：利用检测位置处的保密比特的经典态和解密比特 检测是否存在窃听。
18. 根据权利要求15所述的装置，其特征在于，还包括：第二检测窃听单元，用于根据 当前EPR纠缠对的Be 11态对当前已经用过的第一密钥粒子进行恢复操作；在EPR纠缠对的 Bell态更新后，和接收方共享更新后的各个EPR纠缠对的状态信息；利用检测位置处更新 后的EPR纠缠对中的第一密钥粒子对所述检测位置处的保密比特进行加密；将所述检测位 置处加密后的保密比特发送给接收方，以使得接收方根据所述检测位置处更新后的EPR纠 缠对所处于的Bell态、以及更新后的EPR纠缠对中的第二密钥粒子，分别对其接收到的所 述检测位置处加密后的保密比特解密并测量，得到所述检测位置处的解密比特；执行窃听 检测流程；所述窃听检测流程包括：利用检测位置处的保密比特的经典态和解密比特检测 是否存在窃听。
19. 根据权利要求15-18任一项所述的装置，其特征在于，所述生成单元，用于随机产 生需要发给接收方的经典比特串，将所述经典比特串转化为量子比特串，作为所述量子态 的保密对象；或者， 用于将需要发给接收方的信息转化为量子比特串，并在所述量子比特串中随机插入至 少一个量子比特，作为所述量子态的保密对象。
20. -种量子保密传输的装置，其特征在于，包括： 共享单元，用于和发送方共享一串EPR纠缠对以及各个EPR纠缠对的状态信息；每一所 述EPR纠缠对随机处于两种不同类型的Bell态的任一种、或者至少三种Bell态中的任一 种；其中，所述EPR纠缠对包括：一个第一密钥粒子和一个第二密钥粒子； 接收单元，用于接收加密后的保密对象； 解密单元，用于根据共享单元中的EPR纠缠对所处于的Bell态，利用所述第二密钥粒 子对所述接收单元接收到的加密后的保密对象解密并测量，得到经典态的解密对象；所述 加密后的保密对象由所述发送方利用所述第一密钥粒子对所述保密比特加密所得到的；所 述经典态的解密对象包括多个解密比特。
21. 根据权利要求20所述的装置，其特征在于，若所述一串EPR纠缠对的长度大于或等 于所述保密对象的长度，则所述接收单元用于一次接收全部加密后的保密对象；所述解密 单元用于根据EPR纠缠对所处于的Bell态，利用所述第二密钥粒子对加密后的保密对象解 密并测量，得到全部解密对象；或者， 若所述一串EPR纠缠对的长度小于所述保密对象的长度，则所述接收单元用于至少两 次接收部分加密后的保密对象；所述解密单元用于，根据EPR纠缠对所处于的Bell态，利用 所述第二密钥粒子对第一次接收到的部分加密后的保密对象解密并测量，得到部分解密对 象；执行循环：对当前已经用过的第二密钥粒子进行恢复操作，在EPR纠缠对的Bell态更 新后，和发送方共享更新后的各个EPR纠缠对的状态信息，根据更新后EPR纠缠对所处于的 Bell态、利用更新后EPR纠缠对中的第二密钥粒子对当前接收到的部分加密后的保密对象 解密并测量，得到部分解密对象，直到所述加密后的保密对象全部完成解密。
22. 根据权利要求21所述的装置，其特征在于，还包括：第一检测窃听单元，用于在完 成一次解密并测量之后，执行窃听检测流程；所述窃听检测流程包括：利用检测位置处的 保密比特的经典态和解密比特检测是否存在窃听。
23. 根据权利要求20所述的装置，其特征在于，还包括：第二检测窃听单元，用于在得 到经典态的解密对象之后，对当前已经用过的第二密钥粒子进行恢复操作；在EPR纠缠对 的Bell态更新后，和发送方共享更新后的各个EPR纠缠对的状态信息；接收发送方发送的 检测位置处加密后的保密比特；根据检测位置处更新后的EPR纠缠对的Bell态，利用检测 位置处更新后的EPR纠缠对的第二密钥粒子对所述检测位置处加密后的保密比特进行解 密并测量；执行窃听检测流程；所述窃听检测流程包括：利用检测位置处的保密比特的经 典态和所述解密单元得到的解密比特检测是否存在窃听； 生成结果单元，用于在所述第二检测窃听单元检测不存在窃听的情况下，生成有效的 传输对象。
24. 根据权利要求23所述的装置，其特征在于，所述生成结果单元，用于从解密对象中 去除检测位置处的解密比特，得到有效的传输对象；或者， 所述量子态的保密对象为发送方在需要发给接收方的信息中插入量子比特得到的，所 述检测位置为至少一个插入量子比特的位置，所述生成结果单元，用于从解密对象中去除 各个插入量子比特的位置处的解密比特，得到有效的传输对象。
【文档编号】H04L9/08GK104104500SQ201310113350
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年4月2日 优先权日:2013年4月2日
【发明者】郑世慧, 常利伟, 郑强 申请人:华为技术有限公司, 北京邮电大学