[发明专利]基于Bell态的半量子安全直接通信方法

说明书

本发明属于量子安全通信领域，公开了一种半量子安全直接通信方法及系统，有两个用户参与本协议的执行，第一参与用户具备高级的量子功能，可以制备Bell态、可使用Bell基测量量子态、具有量子存储功能；第二参与用户只具备基本的量子功能，具体为：测量：使用经典基{|0,|1}测量量子，根据测量结果|0(|1)，生成一个处在相反态的量子|1(|0)，并发送出去；反射：收到量子后，不做任何修改，直接发回给发送者；乱序：利用延迟技术，打乱量子序列的发送顺序。本发明提出的协议是一个半量子安全直接通信协议，在保证秘密信息传输绝对安全的前提下，还提高了协议的通信效率。

技术领域

本发明属于量子安全通信领域，尤其涉及一种半量子安全直接通信方法及系统。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

量子安全直接通信是量子信息科学中的一个重要研究方向，它主要实现了两个合法用户之间在不需协商共享密钥的前提下，通过量子信道直接完成秘密信息的传递；2000年，龙桂鲁等率先提出了一个基于Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)对的量子安全直接通信方案(QSDC)[1]；随后，研究人员针对量子安全直接通信协议做了大量的工作；2003年，邓富国提出了一个著名的两步量子安全直接通信协议[2]；后续研究者基于量子安全通信协议又提出了一类可控的量子安全直接通信协议(CQSDC)，在CQSDC协议中只有通过控制者的允许，接收者才能获得最终的秘密信息；但是，在这些量子安全直接通信协议中，几乎都需要所有参与者必须具有较强的量子能力，如制备各类量子态，采用不同的基测量量子以及存储量子等；最近，研究人员针对量子协议中的参与者，应该具备多少量子能力进行了探讨；由于量子设备非常昂贵，在执行量子协议中，如果能保证只有部分节点具有较强的量子功能，就能完成协议的执行，达到安全的目的，对于量子通信网络的推广具有重要意义；2007年，Boyer等人首次提出了一个半量子密钥分发协议[3]；在Boyer的协议中涉及这样一个应用场景，有两个用户第一参与用户和第二参与用户，第一参与用户是一个具有强量子功能的服务器，而第二参与用户只具有基本的量子能力；第一参与用户可以制备各种量子，基于各类基对量子进行测量，暂存量子；第二参与用户只能制备处在|0或|1态的光子；使用基{|0,|1}测量光子；发送收到的光子或新制备光子；而且第一参与用户和第二参与用户之间有一个量子通道，将第一参与用户的实验室和外面连接在一起，其中第二参与用户只能访问该量子信道的部分功能；2009年Boyer对半量子协议进行了改进，为了提高协议的安全性，通过为只具有半量子功能的第二参与用户添加量子延迟设备，使得第二参与用户可以对待发送量子进行重排序，防止黑客根据量子的状态推断出第二参与用户所执行的相关操作信息；随后，研究人员将半量子技术应用于解决各类量子安全问题，如半量子秘密分享(SQSS)[5-9]，半量子秘密分发(SQKD)[10-13]和半量子安全直接通信(SQSDC)[14-16]。

综上所述，现有技术存在的问题是：

对用户的硬件成本要求高：现有基于量子技术的量子安全直接通信协议，需要用户配备高级的量子设备，如量子发生器、量子存储器、酉操作器等；但是作为普通用户，无法负担如此昂贵的量子设备，这就限制了量子安全直接通信协议的应用，进一步限制了量子通信网络的推广。