[发明专利]适用于量子Email的基于两光子纠缠态的量子认证加密方法

摘要

本发明提出一个适用于量子Email的基于两光子纠缠态的量子认证加密方法。两个通信者Alice和Bob事先共享两个用于决定两光子纠缠态制备的私钥。发送者Alice以一步量子传输的方式将编码了她的经典比特的两光子纠缠态序列发送给接收者Bob。在接收到编码的量子态序列后，Bob利用两光子联合测量解码出Alice的经典比特并在单向哈希函数的帮助下认证Alice的秘密的完整性。本发明的方法只使用一步量子传输，并且既不需要一次公开讨论也不需要一个可信的第三方。因此，本发明的方法可适用于量子E‑mail等只要求接收者处于线下的情形。本发明的方法在单向哈希函数的帮助下使消息认证精确到1比特水平。而且，本发明的方法的信息论效率高达100％。

主权项

一种适用于量子Email的基于两光子纠缠态的量子认证加密方法，两个通信者Alice和Bob事先共享两个用于决定两光子纠缠态制备的私钥；发送者Alice以一步量子传输的方式将编码了她的经典比特的两光子纠缠态序列发送给接收者Bob；在接收到编码的量子态序列后，Bob利用两光子联合测量解码出Alice的经典比特并在单向哈希函数的帮助下认证Alice的秘密的完整性；共包括以下五个过程：S1)制备：Alice和Bob事先共享两个用于决定两光子纠缠态制备的私钥KB和KS；这里，KB的长度为N比特，KS的长度为2N比特；Alice根据KB和KS产生一个由N个两光子纠缠态{(A1，B1)，(A2，B2)，…，(At，Bt)，…，(AN，BN)}组成的量子态序列L；也就是，如果(At,Bt)=|φ+>,ifKS2t-1,2t=00;|φ->,ifKS2t-1,2t=01;|ψ+>,ifKS2t-1,2t=10;|ψ->,ifKS2t-1,2t=11.,]]>反之，(At,Bt)=|Φ+>,ifKS2t-1,2t=00;|Φ->,ifKS2t-1,2t=01;|Ψ+>,ifKS2t-1,2t=10;|Ψ->,ifKS2t-1,2t=11.;]]>这里，是KB的第t比特，是KS的第2t‑1和第2t比特，其中t∈{1，2，…，N}；S2)Alice的编码：Alice的2N个经典比特{(i1，j1)(i2，j2)…(it，jt)…(iN，jN)}表示为M＝mA||h(mA)，其中mA是她的秘密，h(mA)是mA的哈希值；这里，“||”代表“联结”操作且it，jt∈{0，1}，其中t∈{1，2，…，N}；为了编码她的M中的两比特(it，jt)，Alice对第t个两光子纠缠态(At，Bt)中的Bt施加酉操作其中t∈{1，2，…，N}；这样，L被转变为L′，其中S3)Alice的传送：Alice通过一个量子信道将L′发送给Bob；S4)Bob的解码：根据Bob从MB1＝{|φ±>，|ψ±>}和MB2＝{|Φ±>，|Ψ±>}选择正确的测量基测量L′中的第t个两光子纠缠态由于Bob从和可以知道Alice制备(At，Bt)的初态，他能容易地从他的测量结果中推导出(it，jt)；Bob手中解码出的经典比特被表示为M′＝m′A||h′(mA)；S5)Bob的认证：为了探测一个窃听者Eve的存在性，Bob计算m′A的哈希值从而得到h(m′A)；然后，他将h(m′A)与h′(mA)进行对比；如果它们是一样的，Bob接受m′A为从Alice发送过来的没经过任何修改的真正的mA，否则，他们放弃通信并从头开始。