[发明专利]基于量子图态的密钥分配方法

摘要

本发明公开了一种基于量子图态的密钥分配方法，包括合法通信用户A、B和可信赖中心；合法通信用户向可信赖中心申请会话密钥后，可信赖中心共享随机会话密钥，利用量子图态稳定子操作算法传输随机会话密钥给通信用户A和B，A和B通过一系列量子图态稳定子操作算法验证对方身份并获取共享安全会话密钥。该方法中参与方利用量子网络进行通信，安全性高。本方明提出的方案适用于两通信共享会话密钥。

主权项

一种基于量子图态的密钥分配方法，其特征在于，包括合法通信用户A、合法通信用户B、可信赖中心，三者之间通过量子信道相互连接；所述可信赖中心通过相关量子稳定子操作使合法通信用户A、合法通信用户B获得共享会会话密钥；所述可信赖中心，用于合法通信用户申请并获取注册密钥，辅助合法通信用户得到安全会话密钥；然后按照以下步骤进行：步骤1：可信赖中心利用哈希函数产生一个会话密钥K＝{ki:i∈{1,2,...,n}}，并产生K的两个副本，其中ki∈{0,1}；步骤2：可信赖中心在二维希尔伯特空间制备由3个量子比特组成的纯图态并将图态的三个顶点可信赖中心、合法通信用户A、合法通信用户B的标签(0,l12)(0,l22)和(0,l32)分别编码为(0,ki),(0,Iai),(0,Ibi)，其中，Ia＝{Iai:i∈{1,2,...,n}}、Ib＝{Ibi:i∈{1,2,...,n}}分别为合法通信用户A、合法通信用户B的身份信息，Iai∈{0,1}，Ibi∈{0,1}，编码图态的过程由公式表示，其中为编码图态，的展开式为li2∈{0,1}，是指：当li2＝0时对第i和顶点进行I操作，当li2＝1时对第i和顶点进行Z操作，为克罗内克积，i∈{1,2,3}，I，Z分别为Pauli矩阵步骤3：可信赖中心两次分别利用量子图态的稳定子和操作在编码图态上将信息ki发送给合法通信用户A和合法通信用户B，记合法通信用户A和合法通信用户B收到的信息分别为kia和kib，ki＝kia＝kib，具体由公式和表示,其中和l12＝ki,I，X，Z分别为Pauli矩阵δ0,δX,δZ，l12＝0时，当l12＝1时，步骤4：合法通信用户A将其标签(0,l22)编码为(0,Iai⊕kia)，并利用图态稳定子作用在该编码态上，则合法通信用户B的标签变成(0,Iai⊕kia⊕Ibi)且可信赖中心的标签为(Iai⊕kia,kia)，其中⊕为异或符号；将身份信息Ia和kia传递给可信赖中心；步骤5：可信赖中心在知道信息Iai⊕kia和ki的情况下，将图态的三个顶点可信赖中心、合法通信用户A、合法通信用户B的标签(0,l12)(0,l22)和(0,l32)分别编码为(0,Iai),(0,0),(0,Iai⊕kia⊕Ibi)，可信赖中心利用图态稳定子作用在该编码态上，则合法通信用户B的标签为(Iai,Iai⊕kia⊕Ibi)其中将合法通信用户A传送来的信息kia传递给合法通信用户B；步骤6：合法通信用户B验证步骤3中得到的可信赖中心发送来的kib信息和步骤5中合法通信用户B的标签为(Iai,Iai⊕kia⊕Ibi)中kia是否一致，并使i+1，返回到步骤2；步骤7：合法通信用户B计算出错率，根据出错率判定是否存在攻击，记η0为错误率阈值，若错误率η≤η0，由ki组成的二进制序列为安全密钥，否则终止协议。