專利名稱：一種基于五粒子Cluster態(tài)的量子安全通信竊聽檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種量子安全通信竊聽檢測方法，將處于五粒子Cluster態(tài)的粒子作為檢測粒子隨機(jī)地插入到量子安全通信的粒子流中，以提高竊聽檢測的效率。
背景技術(shù)：
經(jīng)過實(shí)踐與理論證明，量子安全通信領(lǐng)域始終存在的安全問題如竊聽、拒絕服務(wù)攻擊、中間人攻擊等攻擊行為，這些攻擊行為會造成機(jī)密信息被竊聽或不能準(zhǔn)確地傳給接收方，尤其是通過“糾纏”等方法對機(jī)密信息的竊聽，會對通信過程造成很大破壞。在量子安全通信領(lǐng)域，已有通信協(xié)議的竊聽檢測效率并不是很高，如2003年鄧富國等人在量子直接通信與量子超密編碼基礎(chǔ)上提出了一種基于EPR對的兩步量子直接通信協(xié)議[I]，該檢測效率只能達(dá)到50%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足安全通信的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高量子 安全通信中的竊聽檢測效率，本發(fā)明提出一種基于五粒子Cluster態(tài)的竊聽檢測方法。該方法將處于五粒子Cluster態(tài)的檢測粒子隨機(jī)地插入到量子安全通信的粒子流中，接收方在收到所有的粒子后，提取出相應(yīng)的檢測粒子，進(jìn)行相應(yīng)的狀態(tài)測量。本方法通過采用信息熵的方法，對竊聽者竊聽后被檢測到的概率與竊聽到的信息量之間的約束關(guān)系進(jìn)行安全性分析，以證明本方法的優(yōu)越性。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:接收者在已制備的傳輸粒子中隨機(jī)插入處于最大糾纏的五粒子Cluster態(tài)(用| Ψ〉表示)，然后通過量子信道發(fā)送給發(fā)送者，在發(fā)送者確認(rèn)收到這些傳輸粒子以后，接收者告訴發(fā)送者哪些位置的粒子能組成最大糾纏的五粒子Cluster態(tài)。發(fā)送者從傳輸粒子中提取出這些檢測粒子，并對其進(jìn)行五粒子Cluster態(tài)測量。在有竊聽者存在的情況下，測量結(jié)果不全為I Ψ〉，要中斷通信。在沒有竊聽者存在的情況下，測量結(jié)果都應(yīng)該是I Ψ〉，通信繼續(xù)。發(fā)送者將要發(fā)送的信息采用超密編碼作用在她所擁有的粒子流中，并將一些制備好的五粒子Cluster態(tài)再次插入到該粒子流中，然后將該粒子流發(fā)送給接收者。接收者在收到加密的粒子流后首先提取出檢測粒子進(jìn)行五粒子Cluster態(tài)檢測，若無竊聽者存在則對剩余粒子對進(jìn)行Bell測量，得到發(fā)送者傳輸?shù)男畔ⅲ环駝t，要放棄傳輸?shù)拿孛芟?，并中斷通信。五粒子Cluster態(tài)安全性檢測策略的安全性證明，采用的是信息熵理論。首先假設(shè)竊聽者Eve存在，并對復(fù)合系統(tǒng)進(jìn)行攻擊，攻擊后復(fù)合系統(tǒng)記為I,》— =E E E E@E ^(jOxOjr0.t0.t0.r)+jOjrOjrl.vl.vl.t)+1l.vLthOxl.v)+1ΙχΙ. Ο. Ι. Ο. ))( I )
然后通過計算系統(tǒng)的密度算子P ’，并在知道發(fā)送者執(zhí)行超密編碼操作的概率分別為Ptl,P1,P2和P3的情況下，計算P ’ ’，變換后，經(jīng)過復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算求出矩陣的特征值，最后利用Von Neumann公式S(p )=-Σ λ xlogX x (入!￡是0的特征值)求得竊聽者得到的最大信息量。
在攻擊發(fā)生后，通過數(shù)學(xué)計算得出檢測效率和被竊聽的最大信息量之間的關(guān)系。然后利用概率論的知識，求出在不同檢測效率的情況下，竊聽者竊聽到的信息量與竊聽成功的概率的關(guān)系，以此來證明協(xié)議的安全性。本發(fā)明的有益效果是，提出一種基于五粒子Cluster態(tài)的竊聽檢測方法，相比較原始量子安全通信方案更能保證通信的安全性。


為了更清晰的說明本發(fā)明提出的五粒子Cluster態(tài)檢測策略的安全性和優(yōu)越性，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是發(fā)送者和接收者的通信協(xié)議過程圖2是竊聽者Eve的攻擊過程圖3是安全性證明的過程圖4是兩種檢測方法的比較圖5是協(xié)議安全性分析4中細(xì)實(shí)線表 示的是參考文獻(xiàn)[I]中提出的安全性檢測效率(DPP)，粗實(shí)線表示的是本發(fā)明提出的一種五粒子Cluster態(tài)的安全性檢測效率(FCPP)。圖5中，當(dāng)c=0.5，取不同的d時得到的安全性分析圖。
具體實(shí)施例方式1.接收者與發(fā)送者的通信協(xié)議過程接收者與發(fā)送者的通信協(xié)議過程如圖1所示。具體過程如下:第I步:接收者制備一系列量子比特a)接收者生成N個狀態(tài)為|釋1的Bell態(tài)，這些量子比特用來傳送消息。接收者從
每個Bell態(tài)中提取第一個粒子，按順序組成量子序列SI，用來傳遞消息；每個Bell態(tài)中剩下的粒子按順序組成粒子序列S2，保留序列S2。b)接收者生成+ N個處于五粒子Cluster態(tài)的檢測粒子S3，用來檢測竊聽，其中S3包含有夂N個量子比特。
1-Cc)接收者將S3序列隨機(jī)地插入SI序列中，這樣就得到了一個新的序列S4，接收者記錄下S3粒子在S4中的位置。接收者保留S2序列，并把S4序列發(fā)送給發(fā)送者。第2步:當(dāng)接收者確定發(fā)送者收到S4序列后，接收者告訴她S3序列在S4中的位置。第3步:發(fā)送者從S4序列中提取出這些檢測粒子，并對他們進(jìn)行測量。如果沒有竊聽者存在，則每個測量結(jié)果都應(yīng)該處于五粒子Cluster態(tài)；否則，發(fā)送者中斷此次通信。第4步:發(fā)送者對剩下的N個Bell態(tài)單量子比特進(jìn)行超密編碼，并將編碼后的序列定義為S5。第5步:發(fā)送者生成& N個處于五粒子Cluster態(tài)的檢測粒子S6,用來檢測竊聽，其中S6包含有N個量子比特。發(fā)送者將S6隨機(jī)地插入S5中，這樣就得到了一個
新的序列S7，發(fā)送者記錄下S6粒子在S7中的位置，并把S7發(fā)給接收者。第6步:當(dāng)發(fā)送者確定接收者收到S7序列后，發(fā)送者告訴他S6序列在S7中的位置。第7步:接收者從S7序列中提取出這些檢測粒子，并對他們進(jìn)行測量。如果沒有竊聽者存在，則每個測量結(jié)果都應(yīng)該處于五粒子Cluster態(tài)；否則，接收者中斷此次通信。第8步:接收者提取出S5粒子后，把S5中的每個粒子與保留粒子S2中相應(yīng)的一個結(jié)合并做Bell測量，測量結(jié)果應(yīng)該是I HO，I Ψ+), I Φ_〉和I Φ+〉(2-4)分別代表00，01，10和11。至此，通信成功完成。
權(quán)利要求
1.一種基于五粒子Cluster態(tài)的量子安全通信竊聽檢測方法，其特征是:在量子安全通信中，插入處于五粒子Cluster態(tài)的粒子作為竊聽檢測粒子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于五粒子Cluster態(tài)的竊聽檢測方法，其特征是:將處于五粒子Cluster態(tài)的粒子作為竊聽檢測粒子,其特征是處于五粒子Cluster態(tài)的檢測粒子要隨機(jī)地插入到傳輸粒子序列中，發(fā)送方給接收方發(fā)送的粒子序列中要隨機(jī)插入檢測粒子，接收方給發(fā)送方發(fā)送 編碼后的粒子序列中也要隨機(jī)插入檢測粒子。
全文摘要
一種量子安全通信竊聽檢測方法。它將五粒子Cluster量子態(tài)作為檢測粒子隨機(jī)地插入到量子安全通信的粒子流中，以提高竊聽檢測的效率。接收方在收到所有的粒子后，提取出相應(yīng)的檢測粒子進(jìn)行狀態(tài)測量，它采用信息熵的方法，通過對比分析竊聽者竊聽后被檢測到的概率與竊聽到的信息量之間的約束關(guān)系，與已有協(xié)議采用的EPR竊聽檢測方法的結(jié)果進(jìn)行比較，證明本發(fā)明提出的檢測方法的優(yōu)越性。
文檔編號H04L9/08GK103227800SQ20131017771
公開日2013年7月31日 申請日期2013年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月15日
發(fā)明者李劍, 聶金瑞, 劉雪飛 申請人:北京郵電大學(xué)