[发明专利]基于d级单粒子态的树型多方半量子秘密共享方法

说明书

本发明将半量子秘密共享概念推广到d级量子系统，提出一种基于d级单粒子态的树型多方半量子秘密共享方法。在本发明的方法中，量子方制备的粒子是以树型方式传输，经典方不需要具备测量能力。本发明的方法对于一些著名的攻击是安全的，如截获‑重发攻击、测量‑重发攻击、纠缠‑测量攻击和参与者攻击。

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d级单粒子态的树型多方半量子秘密共享方法，实现一方与n方之间共享一个秘密。

背景技术

经典密码的安全性依赖于数学问题的计算复杂性，在量子并行计算的强大计算能力面前是脆弱的。幸运地是，Bennett和Brassard[1]在1984年发明的量子密码依靠量子力学规律能确保其在理论上具有无条件安全性。量子密码已经吸引了大量注意力并确立许多有趣的分支，如量子密钥分配(Quantum key distribution，QKD)[1-7]、量子安全直接通信(Quantum secure direct communication，QSDC)[8-11]、量子秘密共享(Quantum secretsharing，QSS)[12-24]等。

QSS是量子密码的一个重要分支，允许一个秘密在不同参与者之间共享但仅当所有参与者一起合作时才能重建它[15]。QSS是密码应用的一个有用工具，如分布式量子计算的安全操作、量子钞票的联合共享等[16]。自从Hillery等[12]在1999年利用Greenberger-Horne-Zeilinger态提出第一个QSS方法以来，许多QSS方法[12-24]已经从理论和实验角度被提出来。在2004年，Xiao等[17]将Hillery等的方法[12]推广到任意多重，并利用QKD的两个技术改进它的效率。在2005年，Deng等[18]利用Einstein-Podolsky-Rosen对提出一个有效的QSS方法。在2008年，Wang等[19]提出一个高效的安全的基于单光子的多方量子秘密共享(Multiparty quantum secret sharing，MQSS)方法。值得指出的是，在QSS中，共享的信息可以是经典比特或量子态。例如，文献[12,14]涉及量子态的共享；文献[22-23]设计了基于图态的经典和量子信息的秘密共享的统一方法。

在2007年，Boyer等[25-26]首次提出半量子密钥分配(Semi-quantum keydistribution，SQKD)的新概念，其中Alice具有完全的量子能力而Bob被受限只能在量子信道执行以下操作：(a)不带干扰地发送或返回量子比特；(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)置乱量子比特(通过不同的延迟线)。根据文献[25-26]方法的定义，计算基{|0,|1}能被认为是一个经典基，因为它只涉及量子比特|0和|1而非任意一个量子叠加态，可以被经典记号{0,1}代替。利用尽可能少的量子资源来执行量子密码方法是一个很有趣的问题。因此，研究者们对半量子密码投入极大的热情，并已经尝试将半量子的概念应用到不同的量子密码任务，如QKD、QSDC和QSS等。相应地，许多半量子密码方法，如SQKD方法[25-39]、半量子安全直接通信(Semi-quantum secure direct communication，SQSDC)方法[40-42]和半量子秘密共享(Semi-quantum secret sharing，SQSS)方法[43-50]，已经被提出来。