[发明专利]基于Bell态的半量子安全直接通信方法

权利要求书

1.一种半量子安全直接通信方法，其特征在于，所述半量子安全直接通信方法为：

第一参与用户负责制备2n个Bell态量子序列，提取每个Bell态中的一个粒子组成粒子序列发送给第二参与用户；

第二参与用户收到量子后，随机选择其中n个粒子作为检测粒子，用于检测外部窃听者；另外n个粒子用于加载秘密信息；第二参与用户对检测粒子进行随机操作，并利用剩余粒子编码秘密信息；

第二参与用户对生成的粒子序列，乱序处理后发送给第一参与用户；第一参与用户收到后，利用检测粒子检测是否存在窃听者，如未发现窃听者，第一参与用户通过对量子的测量、分析，最终获得第二参与用户发送的秘密信息；

其中四个Bell态分别为和

2.如权利要求1所述的半量子安全直接通信方法，其特征在于，所述半量子安全直接通信方法包括：

步骤一，第一参与用户制备2n个Bell态，其中n为秘密信息的长度；提取每个Bell态中的第一个和第二个粒子，按照顺序排列，所有Bell态的第一个粒子形成的量子序列为S₁，所有Bell态的第二个粒子形成的量子序列为S₂；第一参与用户保存S₁，将S₂发送给第二参与用户，S₁和S₂的长度都是2n；

步骤二，抵御特洛伊木马攻击(Trojan horse attack)中，为第二参与用户添加光子分束器和波长滤波器设备；

步骤三，当第二参与用户收到量子序列S₂后，第二参与用户随机的选择一半的n个粒子作为检测光子；随后，第二参与用户对检测光子随机的执行测量和反射操作；对另一半的n个粒子，第二参与用户根据秘密信息m＝{m₁,m₂,……,m_n}选择相应的操作,如果m_i＝0，执行测量操作，如果m_i＝1，执行反射操作；第二参与用户利用延迟技术，打乱粒子的发送顺序，形成一个新的量子序列S′₂，除了第二参与用户以外，其他人无法通过量子序列S′₂还原S₂，保证协议的安全性；

步骤四，第一参与用户收到S′₂后，向外公布已成功收到所有粒子的消息；随后，第二参与用户公布S′₂中各个粒子的原有顺序、检测光子的位置和第二参与用户对检测光子所做的操作；

第一参与用户重排粒子顺序，随后对收到的粒子和自己手中相应位置的粒子执行Bell联合测量的操作，根据测量结果，第一参与用户可以还原第二参与用户对粒子所做的相应操作；假设在量子序列中，第一参与用户发送的某个粒子状态的初始态为|φ⁺，如果第二参与用户执行了测量操作，第一参与用户执行联合测量后，获得的结果应该是|ψ⁺或|ψ^-，而如果第二参与用户执行的是反射操作，第一参与用户执行联合测量后，获得的结果应该是|φ⁺；第一参与用户可以通过比较检测光子的测量结果和第二参与用户公布的相应操作发现攻击者，如果相应的错误率超过了合理范围，协议被终止，否则协议继续执行下一步；

步骤五，第一参与用户根据对非检测光子的测量结果，还原第二参与用户发送的秘密信息，如第一参与用户制备的初始态为|φ⁺，测量的结果为|ψ⁺或|ψ^-，则m_i＝0，测量结果为|φ⁺，则m_i＝1。

3.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-2任意一项所述的半量子安全直接通信方法。

4.一种如权利要求1所述的基于半量子安全直接通信方法的半量子安全直接通信系统，其特征在于，所述半量子安全直接通信系统包括：

量子制备模块，具备强量子功能的第一参与用户制备2n个Bell态；提取Bell态中所有第一个粒子和第二个粒子，按照顺序排列分别形成量子序列S₁和S₂，将S₂发送给只具备基本量子功能的第二参与用户；

接收者编码模块，第二参与用户随机选择S₂中n个量子，根据秘密信息的值，对量子进行编码，如果m_i＝0，执行测量操作，如果m_i＝1，执行反射操作；第二参与用户对S₂中剩余的n个量子，随机的执行反射和测量操作；

接收者发送模块，第二参与用户打乱量子原有的顺序，并将乱序后的量子序列发回给第一参与用户；

窃听检测模块，第一参与用户宣布收到所有量子后，第二参与用户公布量子序列中粒子的原有顺序、窃听粒子的位置及所做的相应操作；第一参与用户还原量子序列顺序后，对收到的粒子和手中相应位置的粒子做Bell联合测量，根据测量结果检测窃听者；

秘密信息提取模块，第一参与用户在确定没有窃听者后，根据非窃听粒子的测量结果和粒子的初始态，按位还原第二参与用户发送的秘密信息，最终获得第二参与用户发送的所有秘密信息。