[发明专利]基于单光子的要求经典通信者具备测量能力的环形半量子秘密共享方法

说明书

本发明提出一种基于单光子的要求经典通信者具备测量能力的环形半量子秘密共享方法，实现一个量子通信者和两个经典通信者之间的秘密共享，并且任何一个经典通信者都不能单独获得所共享的秘密。与现有半量子秘密共享方法相比，本发明方法的优势在于：(1)采用单光子作为量子载体而不是乘积态或者纠缠态；(2)以环形方式传输粒子。本发明的方法能抵抗测量‑重发攻击、截获‑重发攻击和纠缠‑测量攻击。此外，本发明的方法目前具有良好的实际可执行性。

技术领域

本发明涉及量子密码学领域。本发明设计一种基于单光子的要求经典通信者具备测量能力的半量子秘密共享方法，实现一个量子通信者和两个经典通信者之间的秘密共享，并且任何一个经典通信者都不能单独获得所共享的秘密。

背景技术

量子密码学提供了一种通过量子力学基本定律发送安全信息的手段，利用量子力学的性质而非数学问题的计算复杂性来达到无条件安全。量子密钥分发(Quantum keydistribution，QKD)是量子密码学中的核心问题之一。第一个QKD方法，即BB84方法，是在1984年由Bennett和Brassard[1]提出的。在此之后，许多其他的QKD方法[2-7]被提出。量子信息处理已经发展到处理其他密码学任务，如量子秘密共享(Quantum secret sharing，QSS)[8-16]，量子认证[17-19]和量子安全直接通信(Quantum secure directcommunication，QSDC)[20-23]等。在1999年，Hillery等[8]利用三粒子纠缠Greenberg-Horne-Zeilinger(GHZ)态提出了第一个QSS方法。Guo和Guo[11]在2003年提出了一个新颖的基于乘积态的QSS方法。在2005年，Deng等[12]提出了一个高效的基于Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)对的QSS方法。在2006年，Deng等[13]提出了一个基于单光子的环形QSS方法。基于单光子的多方QSS方法[14-15]也已经被提出。QSS的基本概念是发布者利用量子力学技术将她的秘密分发给多个参与者，只有当有足够多的参与者合作时才能恢复出秘密。安全的QSS方法应该能够抵抗来自外部窃听者和内部恶意参与者的攻击。

在2007年，Boyer等[24-25]首次提出了半量子密钥分配(Semi-quantum keydistribution，SQKD)这一新颖的概念。在这个方法中，Alice具备完全的量子能力，而Bob的能力被限制只能在量子信道中执行以下这些操作；(a)发送或不带干扰地返回量子比特；(b)用固定的计算基{|0,|1}测量量子比特；(c)制备(新的)量子比特处于固定的计算基{|0，|1}；(d)对量子比特重新排序(通过不同的延迟线)。根据文献[24-25]的定义，计算基{|0，|1}可被视为经典基并用经典记号{0,1}代替，因为它只涉及量子比特|0和|1而非任何量子叠加态。尽可能少地使用量子资源来实现量子密码方法是非常有意义的。因此，研究人员对半量子密码表现出极大的热情，并尝试将半量子概念应用于QKD、QSDC和QSS等不同量子密码学任务。因此，许多半量子密码方法，如SQKD方法[26-38]，半量子安全直接通信(Semi-quantum secure direct communication，SQSDC)方法[39-41]，半量子秘密共享(Semi-quantum secret sharing，SQSS)方法[42-49]，也已被设计出来。