專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于ghz態(tài)密集編碼和糾纏交換的量子隱寫(xiě)協(xié)議的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及量子安全通信領(lǐng)域。本發(fā)明設(shè)計(jì)一種基于GHZ態(tài)密集編碼和糾纏交換的量子隱寫(xiě)協(xié)議，通過(guò)結(jié)合GHZ態(tài)密集編碼和GHZ態(tài)糾纏交換建立隱藏信道來(lái)隱秘傳送秘密消息。
背景技術(shù)：
量子隱寫(xiě)將經(jīng)典隱寫(xiě)和量子安全通信結(jié)合在一起，是經(jīng)典隱寫(xiě)在量子領(lǐng)域的推廣。量子隱寫(xiě)的目標(biāo)在于利用量子隱藏信道實(shí)現(xiàn)秘密消息的隱秘傳送。量子隱寫(xiě)在高安全性隱秘通信、量子身份認(rèn)證、為量子安全通信提供可代替的經(jīng)典信道等方面具有重要的應(yīng)用。量子隱寫(xiě)已經(jīng)成為量子安全通信領(lǐng)域一個(gè)新的研究分支，并且在最近幾年已經(jīng)吸引許多學(xué)者的注意力。在2007年,基于BB84量子密鑰分配(Quantum Key Distribution, QKD)協(xié)議[1]，Martin[2]提出一種新穎的量子隱寫(xiě)協(xié)議，通常被視為第一個(gè)量子隱寫(xiě)協(xié)議。在 2010年，基于Guo等的量子秘密共享(Quantum Secret Sharing, QSS)協(xié)議[3], Liao等提出一種新穎的多方量子隱寫(xiě)協(xié)議。在2010年，基于改進(jìn)ping-pong協(xié)議(IBF) [5]，Qu等[6]提出一種新穎的大容量量子隱寫(xiě)協(xié)議。然而，文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[4]的量子信道的容量都只有I比特每輪隱秘通信，對(duì)于高效的隱秘通信來(lái)說(shuō)顯然是過(guò)于小的。盡管文獻(xiàn)[6]的量子信道的容量已經(jīng)增加到4比特，但仍然顯得不夠大?；谝陨戏治?，為了改進(jìn)量子信道容量，本發(fā)明提出一種新穎的基于GHZ態(tài)密集編碼和糾纏交換的大容量量子隱寫(xiě)協(xié)議。該協(xié)議的超量子信道是通過(guò)將隱藏信道建立在原始量子安全直接通信(Quantum Secure Direct Communication, QSDC)協(xié)議上形成的?；谠嫉腝SDC，秘密消息的傳送是通過(guò)結(jié)合GHZ態(tài)密集編碼和GHZ態(tài)糾纏交換來(lái)實(shí)現(xiàn)。該協(xié)議能夠傳送6比特每輪隱秘通信，是文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[4]的6倍，文獻(xiàn)[6]的I. 5倍。另夕卜，該協(xié)議不僅具有良好的不可感知性，而且還具有良好的安全性。參考文獻(xiàn)[I] C. H. Bennett, G. Brassard, Proc. Int. Conf. on Computers, Systems&SignalProcessing, Bangalore, India, IEEE, New York, 1984, pp 175-179.[2]K. Martin, IH2007, LNCS, 4567 (2007) 32.[3]G. P. Guo, G. C. Guo, Phys. Lett. A, 310 (2003) 247.[4]X. Liao, Q. Y. Wen, Y. Sun, J. Zhang, J. Syst. Software, 83 (2010) 1801.[5]Q. Y. Cai，B. ff. Li, Phys. Rev. A, 69 (2004)054301.[6] Z. G. Qu, X. B. Chen, X. J. Zhou, X. X. Niu, Y. X. Yang, Opt. Commun.,283(2010)4782.[7]H. J. Lee, D. Ahn. S. ff. Hwang, Phys. Rev. A, 66 (2004) 024304.[8] C. H. Bennett, S. J. Wiesner, Phys. Rev. Lett.，69 (1992) 2881.[9]F. G. Deng, G. L. Long, X. S. Liu, Phys. Rev. A, 68 (2003) 042317.[10] C. Wang, F. G. Deng, G. L. Long, Opt. Com. , 253 (2005) 15.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種基于GHZ態(tài)密集編碼和糾纏交換的量子隱寫(xiě)協(xié)議，通過(guò)結(jié)合GHZ態(tài)密集編碼和GHZ態(tài)糾纏交換建立隱藏信道來(lái)隱秘傳送秘密消息。一種基于GHZ態(tài)密集編碼和糾纏交換的量子隱寫(xiě)協(xié)議，包括以下五個(gè)過(guò)程Sl)Bob準(zhǔn)備大量(η)的| Ψ^abco令GA、Gb和Gc分別表示A、B和C的粒子集合。相應(yīng)地，Ga = [A1, A2,…，AJ , Gb = [B1, B2,…，Bn]，Gc = [C1, C2,…，Cn]，其中下標(biāo)代表GHZ態(tài)的個(gè)數(shù)。S2)Bob通過(guò)量子信道分兩步將G^P Gb傳送個(gè)給Alice : (a)Bob將Ga傳送給Alice, Gb和G。由他自己保留。為了進(jìn)行竊聽(tīng)檢測(cè)，Alice從Ga選擇一個(gè)足夠大的子集,從Z基(|0>，I 或X基(|+>，- 中隨機(jī)選擇一個(gè)測(cè)量基測(cè)量Ga子集中的粒子A。Alice將她的測(cè)量基和測(cè)量結(jié)果告訴Bob。在得到Alice的結(jié)果后，Bob用相同的測(cè)量基測(cè)量&相 應(yīng)子集中的粒子B和G。相應(yīng)子集中的粒子C。通過(guò)對(duì)比Alice的測(cè)量結(jié)果，Bob能夠知道是否存在竊聽(tīng)。如果信道是安全的，他們的測(cè)量結(jié)果會(huì)高度相關(guān)。當(dāng)Alice和Bob用Z基測(cè)量時(shí)，如果Alice的測(cè)量結(jié)果是I 0> (11 ，那么Bob的測(cè)量結(jié)果應(yīng)該是I 0> | 0> (11> 11 。另外，當(dāng)Alice和Bob用X基測(cè)量時(shí)，如果Alice的測(cè)量結(jié)果是|+> (| _>)，那么Bob的測(cè)量結(jié)果應(yīng)該是|+>|+>或|->|->(|+>|->或|_>|+>)。然后，如果Bob證實(shí)存在竊聽(tīng)，他們停止通信，否則，他們進(jìn)入步驟(b) ; (b)BoMf Gb傳送給Alice，Gc由他自己保留。為了竊聽(tīng)檢測(cè)，Alice從Ga選擇一個(gè)足夠大的子集和從Gb選擇一個(gè)足夠大的相應(yīng)子集，并從Z基或X基中隨機(jī)選擇一個(gè)測(cè)量基測(cè)量粒子A和粒子B。Alice將她的測(cè)量基和測(cè)量結(jié)果告訴Bob。在得到Alice的結(jié)果后，Bob用相同的測(cè)量基測(cè)量G。相應(yīng)子集中的粒子C。通過(guò)對(duì)比Alice的測(cè)量結(jié)果，Bob能夠知道是否存在竊聽(tīng)。如果信道是安全的，他們的測(cè)量結(jié)果會(huì)高度相關(guān)。然后，如果Bob證實(shí)存在竊聽(tīng)，他們停止通信，否則，他們進(jìn)入信息傳送模塊。
S3)信息傳送模塊(a)根據(jù)信息比特序列,Alice對(duì)Ga和Gb中的每對(duì)粒子施加Uk操作(在施加Uk操作后，Ga和Gb分別變?yōu)镚, a和G' B。盡管G。中的粒子沒(méi)有被施加酉操作，為了一致起見(jiàn)，G'。仍然用來(lái)代替原始的G。。相應(yīng)地，G'。和G。完全一樣)；(b)根據(jù)秘密消息，Alice從G' a和G' B中分別選擇四個(gè)粒子A' m、A' m+1、B' m、B' m+1，并進(jìn)入秘密消息隱藏模塊；(c)Alice通過(guò)量子信道將G' 4和(；'B傳送回Bob。S4)秘密消息隱藏模塊(a)根據(jù)秘密消息，Alice從G' A和G' B中分別選擇四個(gè)粒子A' m,k' m+1>B/ >+1，其中下標(biāo)m代表粒子A' 111在6/ A中的位置和粒子B' m在G' B中的位置。m的值必須滿(mǎn)足一致性條件，即A'^和A' mB' mC' _ 這兩個(gè)GHZ態(tài)必須與秘密消息保持編碼對(duì)應(yīng)的一致性(在通過(guò)執(zhí)行QSDC、QKD或經(jīng)典信道的一次一密將m傳送給Bob之前,一個(gè)合適的m可以事先被Al ice確定[6]) ； (b)通過(guò)事先對(duì)Am+1和Bm+1施加相同的Uk操作，A, m+1B, m+1C, m+1能夠復(fù)制A, ^所攜帶的信息。也就是，A' m+1B' m+1C' m+1不正常傳送信息，而是作為一個(gè)輔助GHZ態(tài)來(lái)協(xié)助隱藏秘密消息。S5)秘密消息解碼模塊(a)Bob得到m的值；(b)Bob對(duì)A' “B' “C,㈠進(jìn)行GHZ基測(cè)量以恢復(fù)出信息；(c)Bob分別對(duì)A' mk' m+1、B' mB' m+1和C' mC' m+1進(jìn)行Bell基測(cè)量；(d)根據(jù)A' mk' m+1、B' mB' m+1和C' mC' m+1的測(cè)量結(jié)果，Bob能夠解碼出Alice所傳送的秘密消息。而且，通過(guò)解碼出的秘密消息和A' mB' yC' μ的狀態(tài)，Bob能夠恢復(fù)出A, mB' mC'丨所攜帶的信息。本發(fā)明為利用量子隱藏信道實(shí)現(xiàn)秘密消息的隱秘傳送提供了一個(gè)新途徑。本發(fā)明的量子隱寫(xiě)協(xié)議的超量子信道是通過(guò)將隱藏信道建立在原始QSDC協(xié)議上形成的。基于原始的QSDC，秘密消息的傳送是通過(guò)結(jié)合GHZ態(tài)密集編碼和GHZ態(tài)糾纏交換來(lái)實(shí)現(xiàn)。該協(xié)議超量子信道的容量達(dá)到6比特每輪隱秘通信，比先前的量子隱寫(xiě)協(xié)議高許多。該協(xié)議不僅具有良好的不可感知性，而且還具有良好的安全性。


圖I是基于GHZ態(tài)密集編碼和糾纏交換的量子隱寫(xiě)協(xié)議的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步描述。I、編碼方案首先簡(jiǎn)要介紹GHZ態(tài)密集編碼。GHZ態(tài)密集編碼由Lee等[7]提出，是Bennettand Wiesner [8]的密集編碼方案在GHZ態(tài)的推廣。GHZ態(tài)是三粒子最大糾纏態(tài)，構(gòu)成8維Hilbert空間的一組完整正交基。8個(gè)獨(dú)立的GHZ態(tài)可以表示為
權(quán)利要求
1.一種基于GHZ態(tài)密集編碼和糾纏交換的量子隱寫(xiě)協(xié)議，通過(guò)結(jié)合GHZ態(tài)密集編碼和GHZ態(tài)糾纏交換建立隱藏信道來(lái)隱秘傳送秘密消息，包括以下五個(gè)過(guò)程 51)Bob準(zhǔn)備大量(n)的I屯1>艦，64、68和(^分別表示4、8和(的粒子集合，相應(yīng)地，64=[AijA1,…，AJ ,Gb= [B15B2,…，Bn]，Gc = [C1, C2,…，Cn]，其中下標(biāo)代表 GHZ 態(tài)的個(gè)數(shù)； 52)Bob通過(guò)量子信道分兩步將Ga和Gb傳送個(gè)給Alice: (a) Bob將Ga傳送給Alice，Gb和Gc由他自己保留；為了進(jìn)行竊聽(tīng)檢測(cè)，Alice從Ga選擇一個(gè)足夠大的子集，從Z基(I 0>，1 或X基(|+>，- 中隨機(jī)選擇一個(gè)測(cè)量基測(cè)量Ga子集中的粒子A ;Alice將她的測(cè)量基和測(cè)量結(jié)果告訴Bob ;在得到Alice的結(jié)果后，Bob用相同的測(cè)量基測(cè)量Gb相應(yīng)子集中的粒子B和G。相應(yīng)子集中的粒子C，通過(guò)判斷是否與Alice的測(cè)量結(jié)果存在高度相關(guān)性，Bob能夠知道是否存在竊聽(tīng)；如果Bob證實(shí)存在竊聽(tīng)，他們停止通信，否則，他們進(jìn)入步驟(b)；(b)Bob將Gb傳送給Alicejc由他自己保留；為了竊聽(tīng)檢測(cè)，Alice從Ga選擇一個(gè)足夠大的子集和從Gb選擇一個(gè)足夠大的相應(yīng)子集，并從Z基或X基中隨機(jī)選擇一個(gè)測(cè)量基測(cè)量粒子A和粒子B ；Alice將她的測(cè)量基和測(cè)量結(jié)果告訴Bob ;在得到Alice的結(jié)果后，Bob用相同的測(cè)量基測(cè)量G。相應(yīng)子集中的粒子C，通過(guò)判斷是否與Al ice的測(cè)量結(jié)果存在高度相關(guān)性，Bob能夠知道是否存在竊聽(tīng)；如果Bob證實(shí)存在竊聽(tīng)，他們停止通信，否則，他們進(jìn)入信息傳送模塊； 53)信息傳送模塊(a)根據(jù)信息比特序列，Alice對(duì)64和Gb中的每對(duì)粒子施加Uk操作(在施加Uk操作后，GjP Gb分別變?yōu)镚' jPG' B;盡管G。中的粒子沒(méi)有被施加酉操作，為了一致起見(jiàn)，G'。仍然用來(lái)代替原始的G。，相應(yīng)地，G'。和G。完全一樣)；(b)根據(jù)秘密消息，Alice從G' jPG' B中分別選擇四個(gè)粒子A' m、A' m+1、B' m、B' m+1，并進(jìn)入秘密消息隱藏模塊；(c)Alice通過(guò)量子信道將G' 4和(；'B傳送回Bob; 54)秘密消息隱藏模塊(a)根據(jù)秘密消息，Alice從G'A和G' B中分別選擇四個(gè)粒子A' m、A' m+1、B' m、B' m+1，其中下標(biāo)m代表粒子A' m在G' A中的位直和粒子B' m在G' B中的位置；m的值必須滿(mǎn)足一致性條件，即A' P1B' P1C' ^ 這兩個(gè)GHZ態(tài)必須與秘密消息保持編碼對(duì)應(yīng)的一致性(在通過(guò)執(zhí)行QSDC、QKD或經(jīng)典信道的一次一密將m傳送給Bob之前,一個(gè)合適的m可以事先被Alice確定)；(b)通過(guò)事先對(duì)Am+1和Bm+1施加相同的Uk操作，A' m+1B/ m+1C/ m+1能夠復(fù)制A' ^1B/ ^1C/ ^所攜帶的信息，也就是，A' m+1B' m+1C' >+1不正常傳送信息，而是作為一個(gè)輔助GHZ態(tài)來(lái)協(xié)助隱藏秘密消息； 55)秘密消息解碼模塊(a)Bob得到m的值；(b) Bob對(duì)A' ^1B' ^1C' 進(jìn)行GHZ基測(cè)量以恢復(fù)出信息；(C)Bob分別對(duì)A' mA/ m+1、B' mB/ m+1和C' mC/ m+1進(jìn)行Bell基測(cè)量；(d)根據(jù)A' mA/ m+1、B' mB/ m+1和C' mC/ m+1的測(cè)量結(jié)果，Bob能夠解碼出Alice所傳送的秘密消息，而且，通過(guò)解碼出的秘密消息和A' mB' yC' M的狀態(tài)，Bob能夠恢復(fù)出A' mB/ mC/丨所攜帶的信息。
全文摘要
量子隱寫(xiě)將經(jīng)典隱寫(xiě)和量子安全通信結(jié)合在一起，是經(jīng)典隱寫(xiě)在量子領(lǐng)域的推廣。量子隱寫(xiě)的目標(biāo)在于利用量子隱藏信道實(shí)現(xiàn)秘密消息的隱秘傳送。本發(fā)明提出一種基于GHZ態(tài)密集編碼和糾纏交換的量子隱寫(xiě)協(xié)議。該協(xié)議的超量子信道是通過(guò)將隱藏信道建立在原始量子安全直接通信(Quantum Secure Direct Communication，QSDC)協(xié)議上形成的?；谠嫉腝SDC，秘密消息的傳送通過(guò)結(jié)合GHZ態(tài)密集編碼和GHZ態(tài)糾纏交換來(lái)實(shí)現(xiàn)。該協(xié)議超量子信道的容量達(dá)到6比特每輪隱秘通信。另外，該協(xié)議不僅具有良好的不可感知性，而且還具有良好的安全性。
文檔編號(hào)H04L1/00GK102801518SQ201210327020
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月5日
發(fā)明者葉天語(yǔ), 蔣麗珍 申請(qǐng)人:浙江工商大學(xué)