[发明专利]基于利用纠缠交换测量相关性和降低传输效率的无信息泄露受控量子对话协议

说明书

技术领域

本发明涉及量子安全通信领域。本发明设计一种无信息泄露受控量子对话协议，通过利用纠缠交换测量相关性和降低传输效率来防止发生信息泄露，从而提高现有量子对话协议的安全性。

背景技术

量子密钥分配(Quantum Key Distribution，QKD)是由Bennett和Brassard在1984年首次提出[1]。QKD是量子力学的一个天才般的应用，利用量子力学原理而非计算复杂度来确保秘密信息的安全性。QKD的基本思想是两个远距离合法使用者通过量子信号的传输在双方之间建立一个共享密钥。自从第一个QKD被提出来，QKD已经吸引了研究者们的大量注意力[2-4]。此后，量子安全直接通信(Quantum Secure Direct Communication，QSDC)的概念也已经被提出来。QSDC无需事先建立密钥就可以在一个量子信道上实现经典信息的秘密传送。自从Beige等[5]在2002年提出第一个QSDC协议，许多QSDC协议[6-10]也已经被提出来。然而，这些协议都是单向通信协议，使得双方不能同时交换彼此的秘密信息。幸运地是，Zhang等[11-13]和Nguyen[14]在2004年提出了量子对话的概念。接着，Man等[15]指出Nguyen的协议对于截获-重发攻击是不安全的，并给出了一个可能的解决方法。在2006年，Jin等[16]提出一个基于GHZ态的三方同时QSDC；Man和Xia[17]提出利用一个GHZ态的可控双向QSDC。在2007年，Man和Xia[18]首先指出Jin的协议[16]存在信息确定性泄露的问题，并提出一个改进方案；Chen等[19]提出一个基于Bell态纠缠交换的双向QSDC；Yang和Wen[20]提出一个基于单光子的近似安全的量子对话协议。在2008年，Gao等[21]从信息论和密码学的角度分析了Jin的协议[16]和Man的改进版本[18]中的信息泄露问题。在2009年，Shi等[22]提出一个利用辅助Bell态克服信息泄露的量子对话协议。在2010年，Shi等[23]提出一个利用辅助单光子克服信息泄露的量子对话协议；Shi[24]提出一个基于辅助粒子和Bell态相关提取性质的无信息泄露双向QSDC。在2013年，Ye和Jiang[25]提出两种方法成功解决了Man的协议[17]中的信息确定性泄露问题。事实上，文献[11-12，14-15，19-20，25]中的量子对话协议也都存在信息泄露问题。

本发明提出一个无信息泄露的受控量子对话协议，使Bob和Charlie通信双方在控制者Alice的控制下能够实现无信息泄露的量子对话。该协议充分利用两个GHZ态纠缠交换后的测量相关性和降低传输效率来防止发生信息泄露。而且，该协议不需要GHZ基测量而只需要Bell基测量。另一方面，该协议的安全性能够得到保证。

参考文献

[1]BENNETT C H，BRASSARD G.Quantum cryptography：public-key distribution and coin tossing[C].Proceedings of the IEEE International Conference on Computers Systems and Signal Processing，Bangalore，India，1984，11：175-179.

[2]BENNETT C H，BRASSARD G，MERMIN N D.Quantum cryptography without Bell theorem[J].Physical Review Letters，1992，68：557.

[3]CABELLO A.Quantum key distribution in the Holevo limit[J].Physical Review Letters，2000，85：5635.

[4]LONG G L，LIU X S.Theoretically efficient high-capacity quantum-key-distribution scheme[J].Physical Review A，2002，65：032302.

[5]BEIGE A，ENGLERT B G，KURTSIEFER C，et al.Secure communication witha publicly known key[J].Acta Physica Polonica A，2002，101：357.