[发明专利]一种基于双场协议的量子数字签名方法

权利要求书

1.一种基于双场协议的量子数字签名方法，其特征在于：所述方法采用双场协议进行密钥生成和签名，应用于量子数字签名(QDS)传输系统中，所述方法包括密钥分发阶段和信息阶段，具有用户方Alice、Bob、Charlie和测量方Eve，在密钥分发阶段，Alice、Bob、Charlie是量子态的发送方，Eve是量子态的接收测量方；密钥分发阶段包括以下三个步骤：

步骤一：Alice和Bob、Alice和Charlie分别将量子态发送给Eve进行测量，并使用双场密钥生成协议进行原始密钥的生成，然后从各自所持有的原始密钥中随机选取部分比特用于检测信道传输时的误码率，剩下的比特作为密钥池用于签名所需；定义原始密钥、误码率检测和密钥池的长度分别为n_Z、n_test和n_pool；记Alice、Eve和Bob之间构成的量子信道为Alice-Bob，Alice、Eve和Charlie之间的构成量子信道为Alice-Charlie，并定义Alice-Bob的误码率为Alice-Charlie的误码率为

步骤二：签名消息m，这里m＝0或1，Alice和Bob，或Alice和Charlie，分别从自己的密钥池中选取长度为L的比特串，记Alice和Bob选取的比特串分别为和Alice和Charlie选取的比特串分别为和

步骤三：Bob和Charlie分别从和随机选取一半保留，将另一半比特及比特位置信息通过两者之间的安全私密信道进行交换；记Bob保留的比特信息为发送给Charlie的比特信息为记Charlie保留的比特信息为发送给Bob的比特信息为交换后，Bob的密钥串为Charlie的密钥串为

在信息阶段，Alice作为签名者，Bob和Charlie作为验证方，即接收签名者；信息阶段包括以下四个步骤：

步骤四：Alice将签名信息(m，Sig_m)发送给Bob，其中Sig_m表示对消息m的签名，

步骤五：Bob将接收到的签名(m，Sig_m)与比对，如果中的分别与签名中相应位置比特的不匹配数目均小于s_aL/2，Bob接受这一签名并进行下一步，否则拒绝签名并终止协议流程；其中，是密钥串的误码率上限，P_e为存在窃听者的情况下在密钥生成过程中引入误差的最小速率P_e；

步骤六：Bob将签名信息(m，Sig_m)发送给Charlie；

步骤七：Charlie将接收到的签名信息(m，Sig_m)与进行比对，如果中分别与签名中相应位置比特的不匹配数目均小于s_vL/2，Charlie则接受这个签名，否则拒绝这个签名；其中，

2.如权利要求1所述的一种基于双场协议的量子数字签名方法，其特征在于：在存在窃听者Eve的情况下，密钥串中的最小熵为：其中，和H₂均为二元香农熵函数，满足：H(x)＝-xlog₂(x)-(1-x)log₂(1-x)；∈是用于参数估计的失败概率，E表示窃听者Eve，而n_L,1和分别为密钥串中单光子计数的下界和单光子误码率的上界，其中U为B或C，代表用户Bob或Charlie。

3.如权利要求2所述的一种基于双场协议的量子数字签名方法，其特征在于：当存在窃听者Eve时，Eve在密钥生成过程对密钥串中引入误码的最小速率P_e为：

4.如权利要求1所述的一种基于双场协议的量子数字签名方法，其特征在于：所述密钥分发阶段分别由Alice和Bob、Alice和Charlie使用TF-KGP产生比特串，其中Alice和Bob或Alice和Charlie分别向测量方Eve发送量子态，Eve对接收到的量子态进行测量。