1.本發(fā)明涉及量子信息與光通訊技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種檢測設(shè)備無關(guān)量子直接通訊方式。
背景技術(shù)：
2.量子通訊使用數(shù)學原理來保證通訊信息的無條件安全性，目前有好多國際流行的量子通訊合同，包括量子秘鑰分發(fā),key(qkd)和量子安全直接通訊,(qsdc)等。qkd使用量子態(tài)傳輸秘鑰，qsdc則直接在量子信道中傳輸絕密信息。
3.在檢測設(shè)備無關(guān)量子安全直接通訊中，主要包含兩步監(jiān)聽測量：第一步檢查叫安全性檢查，用于測量通訊中是否存在監(jiān)聽者；第二步檢查叫完整性檢查，用于測量經(jīng)過精典密碼加密后的信息是否被人盜取，即信息是否完整。信息編碼存在于在第一步檢查和第二步檢查之間。量子儲存主要存在于第二步檢查中，第一步檢查及其余步驟對量子儲存沒有依賴性。量子安全直接通訊的安全性依賴于數(shù)據(jù)的塊傳輸，而塊傳輸技術(shù)則須要量子儲存，但目前量子儲存技術(shù)仍然不成熟，無法實用化。因而須要對現(xiàn)有的設(shè)備無關(guān)量子直接通訊技術(shù)進行進一步地改進因而增加檢測設(shè)備無關(guān)量子安全直接通訊合同對量子儲存的依賴。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
4.為了解決上述技術(shù)問題，提出了將無量子儲存的量子安全直接通訊合同，并將動態(tài)聯(lián)合差錯控制編碼應(yīng)用到檢測設(shè)備無關(guān)合同之中，因而清除了檢測設(shè)備無關(guān)量子安全直接通訊合同對量子儲存的依賴，增強了系統(tǒng)的實用性。
5.為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：一種檢測設(shè)備無關(guān)量子直接通訊方式，包括用戶端alice、用戶端bob和檢測端，所述用戶端alice和用戶端bob用于形成、發(fā)送和接收量子比特，所述檢測端用于檢測量子比特；
6.該方式包括隱型傳態(tài)，其中隱型傳態(tài)步驟如下：
7.步驟1.所述alice隨機制備一個的雙光子態(tài)的糾纏態(tài)量子比特，雙光子態(tài)的糾纏態(tài)用于信息傳輸；
8.所述bob隨機制備一個處于{|0>,|1>,|+>,|
?
>}的四種量子態(tài)之一的單光子態(tài)的量子比特；
9.步驟2.alice發(fā)送糾纏態(tài)中的一個光量子比特給，并保留剩下的一個光量子比特，bob將隨機制備的單光子態(tài)的量子比特發(fā)送給；
10.步驟3.所述收到alice和bob發(fā)送來的量子比特后，執(zhí)行貝爾態(tài)檢測，之后通過精典信道公布檢測結(jié)果；
11.步驟4.所述alice執(zhí)行幺正操作，完成量子隱型傳態(tài)，alice保留的量子比特的量子態(tài)與bob所發(fā)送的量子比特的量子態(tài)相同。
12.一種檢測設(shè)備無關(guān)量子直接通訊方式，包括用戶端alice、用戶端bob和檢測端
，所述用戶端alice和用戶端bob用于形成、發(fā)送和接收量子比特，所述檢測端用于檢測量子比特；
13.該方式安全性檢查和完整性檢查，其中安全性檢查步驟如下：
14.步驟a.所述alice制備隨機的處于以下四種量子態(tài)之一{|0>,|1>,|+>,|
?
>}的單光子態(tài)量子比特；所述bob隨機制備處于以下四種量子態(tài)之一{|0>,|1>,|+>,|
?
>}的單光子態(tài)量子比特；所述單光子態(tài)量子比特用于監(jiān)聽檢查；
15.步驟b.alice和bob同時將各自的量子比特發(fā)送給；
16.步驟c.所述收到alice和bob發(fā)送來的量子比特后，執(zhí)行貝爾態(tài)檢測，之后通過精典信道公布檢測結(jié)果；
17.步驟d.所述alice通過精典信道通知bob，alice和bob均公布各自所制備的量子態(tài)，之后執(zhí)行檢測設(shè)備無關(guān)量子秘鑰分發(fā)合同里一樣的監(jiān)聽偵測，若誤幀率大于最大閥值之下，則判斷不存在監(jiān)聽行為，否則判斷本次通訊存在監(jiān)聽。
18.優(yōu)選地，所述誤分辨率最大閥值范圍是0
?
11％，優(yōu)選地誤分辨率最大閥值為7％。優(yōu)選地，還包括以下步驟：
19.步驟a.alice將須要傳輸?shù)男畔與隨機生成的秘鑰k進行異或操作得到密文m’，即m’＝m
⊕
k；之后對密文m’執(zhí)行jeec編碼，最后將編碼后的密文調(diào)制到量子比特上；
20.步驟b.alice發(fā)送包含密文的量子比特及隨機選擇的隨機數(shù)給；
21.步驟c.所述檢測包含密文的量子比特并通過精典信道公布檢測結(jié)果；
22.若所述alice發(fā)送的是隨機數(shù)，則alice將公布檢測結(jié)果和alice制備的隨機數(shù)進行比對：若誤分辨率大于最大閥值，則判斷本次傳輸?shù)拿芪氖峭暾模駝t判斷存在監(jiān)聽者盜用了密文。
23.優(yōu)選地，所述誤分辨率最大閥值范圍是0
?
5％，優(yōu)選地誤分辨率最大閥值為5％。
24.優(yōu)選地，還包括以下步驟：
25.步驟d.所述bob解碼公布的密文，并借助隨機生成的秘鑰k密文，得到傳輸?shù)男畔；
26.若本幀沒被傳輸完畢，則返回步驟1或a；否則alice和bob采用步驟c中的誤分辨率來恐怕本輪通訊的安全容量，并估算可以提取的秘鑰數(shù)；最后，alice和bob分別提取秘鑰并插入到秘鑰池中，用于加密和解碼下一輪的密文。
27.一種儲存裝置，該儲存裝置中儲存有多條指令，所述指令適用于由處理器加載并執(zhí)行如上述的檢測設(shè)備無關(guān)量子直接通訊方式的步驟操作。
28.一種智能終端，包括用于執(zhí)行各指令的處理器和用于儲存多條指令的儲存裝置，所述指令適用于由所述處理器加載并執(zhí)行如上述的檢測設(shè)備無關(guān)量子直接通訊方式所述的步驟操作。
29.本發(fā)明有益的技術(shù)療效：本發(fā)明在信息編碼過程中直接采取動態(tài)聯(lián)合差錯控制編碼的編碼方法，將所傳的信息用精典密碼加密后，再加載在量子態(tài)上，即量子傳輸的是加密后的密文。本發(fā)明保證每輪所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，既包含本輪所傳輸信息，也包含加密下一輪所傳輸信息的秘鑰，而秘鑰的多少可以依照本輪通訊的安全容量來估算，清除了檢測設(shè)備無關(guān)量子安全直接通訊合同對量子儲存的依賴。
附圖說明
30.圖1為本發(fā)明的檢測設(shè)備無關(guān)量子直接通訊方式應(yīng)用的整體結(jié)構(gòu)框架圖；
31.圖2為本發(fā)明中檢測端的結(jié)構(gòu)示意圖；
32.圖3是隱型傳態(tài)過程步驟流程圖；
33.圖4為本發(fā)明中安全性檢查過程步驟流程圖；
34.圖5為本發(fā)明中完整性檢查及信息通訊過程步驟流程圖。
具體施行方法
35.為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點愈發(fā)清楚明白，以下結(jié)合施行例對本發(fā)明進行進一步詳盡說明，但本發(fā)明要求保護的范圍并不局限于下列具體施行例。
36.如圖1
?
5所示，一種檢測設(shè)備無關(guān)量子直接通訊方式，包括用戶端alice、用戶端bob和檢測端，所述用戶端alice和用戶端bob用于形成、發(fā)送和接收量子比特，所述檢測端用于檢測量子比特；用戶端alice和用戶端bob既可以作為發(fā)送方又可以作為接收方，且用戶端alice和用戶端bob之間可以形成隨機的量子秘鑰k，且在通訊過程中共享量子秘鑰k。
37.該方式包括安全性檢查和完整性檢查步驟，其中安全性檢查步驟如下：
38.步驟1：所述alice隨機制備一個的雙光子態(tài)的糾纏態(tài)量子比特，雙光子態(tài)的糾纏態(tài)用于信息傳輸；
39.所述bob隨機制備一個處于{|0>,|1>,|+>,|
?
>}的四種量子態(tài)之一的單光子態(tài)的量子比特；
40.其中|0>代表水平態(tài)，|1>代表垂直態(tài)，|+>和|
?
>是她們的疊加態(tài)，具體如下：
[0041][0042]
步驟2.alice發(fā)送糾纏態(tài)中的一個光量子比特給，并保留剩下的一個光量子比特，bob將隨機制備的單光子態(tài)的量子比特發(fā)送給；
[0043]
alice制備的糾纏態(tài)是兩個光子的糾纏態(tài)，alice發(fā)送其中一個光子的量子比特給，保留另一個光子的量子比特。alice保留其中一個光子的量子比特是為了完成后續(xù)的量子隱型傳態(tài)操作，量子隱型傳態(tài)須要將bob手中的量子態(tài)傳給alice，alice后續(xù)須要依照的檢測結(jié)果保留的光子量子比特采取幺正操作。
[0044]
步驟3：所述收到alice和bob發(fā)送來的量子比特后，執(zhí)行貝爾態(tài)檢測，之后通過精典信道公布檢測結(jié)果；
[0045]
貝爾態(tài)檢測通過貝爾態(tài)檢測裝置進行檢測，貝爾態(tài)檢測裝置包括一個分束器、一個分束器上聯(lián)接有兩個偏振光分束器，兩個偏振光分束器分別又聯(lián)接練個單光子偵測器，單光子量子比特步入分束器后分別兩路分別到兩個偏振光分束器，最后被四個單光子偵測器偵測。
[0046]
貝爾態(tài)檢測檢測的結(jié)果有兩種|ψ
?
>、|ψ
>，對應(yīng)兩個單光子可能的量子態(tài)如下表所示：
[0047]
表1
[0048]
檢測結(jié)果+++
??
??
|ψ
?
>
×
√√
××
√√
×
|ψ
>
×
√√
×
√
××
√
[0049]
表1中√表示第一行的量子態(tài)可能會出現(xiàn)的檢測結(jié)果，
×
表示第一行的量子態(tài)不可能出現(xiàn)測試結(jié)果。
[0050]
步驟4：所述alice執(zhí)行幺正操作，完成量子隱型傳態(tài)。
[0051]
幺正操作是量子熱學上面的一種可逆操作，按照檢測設(shè)備無關(guān)量子安全直接通訊合同，其具體操作方式和作用如下：
[0052]
表2中第一行的量子態(tài)代表貝爾態(tài)檢測結(jié)果，每位貝爾態(tài)旁邊的u
，代表alice依照貝爾態(tài)檢測結(jié)果，須要采取的幺正操作，第一列表示bob制備的量子態(tài)。
[0053]
整個量子隱型傳態(tài)的目的是把bob制備的量子態(tài)傳到alice手里。alice依照貝爾態(tài)檢測結(jié)果，采取幺正操作，可以使手中保留的單光子弄成和bob相同的量子態(tài)。
[0054]
表2
[0055][0056]
表2中各個參數(shù)表示的涵義如下：
[0057]
σ
x,y,z
是泡利矩陣量子傳輸 設(shè)備，σ
可使單比特翻轉(zhuǎn)，即|0>變到|1>，|1>變到|0>；iσ
可使|0>變到
?
|1>，|1>變到|0>；σ
可使|0>變到|0>，|1>變到
?
|1>。i是單位矩陣，該操作不改變比特狀態(tài)。
[0058]
比如，表2中前三列、前二行，下標代表附圖2中的標出的a,b,c光子，當檢測結(jié)果是|φ
+23
>時，代表bob的態(tài)是|0>3或|1>3，而與之對應(yīng)的alice的1光子的態(tài)是
?
|1>1或|0>1，alice須要執(zhí)行iσ
操作使手中的光子變?yōu)楹蚥ob相同的狀態(tài)。
[0059]
優(yōu)選地，還包括以下步驟：
[0060]
步驟a.alice將須要傳輸?shù)男畔與秘鑰k進行異或操作得到密文m’，即m’＝m
⊕
k；之后對密文m’執(zhí)行jeec編碼，來確保密文傳輸?shù)陌踩院陀行裕⑻岣甙踩萘俊Ｖ骯lice調(diào)制精典密文到量子比特上，即用i操作來編碼0，用iσ
來編碼1。alice也隨機的選擇發(fā)送一些隨機數(shù)用于以后的完整性檢查。
[0061]
這兒的秘鑰k在第一次通訊的時侯是alice或則bob隨機生成的量子秘鑰，且在alice或則bob在通訊過程中互相共享，第一次通訊完成之后，秘鑰k采用步驟d中alice和bob分別提取秘鑰，該秘鑰插入到秘鑰池。
[0062]
步驟b.alice發(fā)送包含密文的量子比特及隨機選擇的隨機數(shù)給；
[0063]
步驟c.所述檢測包含密文的量子比特并通過精典信道公布檢測結(jié)果；
[0064]
公布檢測結(jié)果：若所述alice發(fā)送的是隨機數(shù)，則alice將公布檢測結(jié)果和alice制備的隨機數(shù)進行比對：若誤幀率大于最大閥值，則斷定本次傳輸?shù)拿芪氖?span style="display:none">4Oh物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
完整的，否則判斷存在監(jiān)聽者盜用了密文。所述誤分辨率最大閥值范圍是0
?
5％，本施行例中誤分辨率選用5％，誤分辨率的最優(yōu)值是0％，即沒有誤分辨率，最大是5％，即誤分辨率最大高于5％，判斷不存在監(jiān)聽行為。
[0065]
步驟d.所述bob解碼公布的密文，并借助隨機生成的秘鑰k密文，得到傳輸?shù)男畔；
[0066]
若本幀沒被傳輸完畢，則返回步驟1或a；否則alice和bob采用步驟c中的誤分辨率來恐怕本輪通訊的安全容量，并估算可以提取的秘鑰數(shù)；最后，alice和bob分別提取秘鑰并插入到秘鑰池中，用于加密和解碼下一輪的密文。
[0067]
估算秘鑰數(shù)是為了估算下一輪通訊可以傳遞多少比特的信息，由于下一輪通訊須要這一輪提取的秘鑰加密。
[0068]
一種儲存裝置，該儲存裝置中儲存有多條指令，所述指令適用于由處理器加載并執(zhí)行如上述的檢測設(shè)備無關(guān)量子直接通訊方式的步驟操作。
[0069]
一種智能終端，包括用于執(zhí)行各指令的處理器和用于儲存多條指令的儲存裝置，所述指令適用于由所述處理器加載并執(zhí)行如上述的檢測設(shè)備無關(guān)量子直接通訊方式所述的步驟操作。
[0070]
施行例2
[0071]
施行例2與施行例1的不同之處在于安全性檢查步驟如下的不同，本施行的安全性檢查步驟如下：
[0072]
步驟a.所述alice制備隨機的處于以下四種量子態(tài)之一{|0>,|1>,|+>,|
?
>}的單光子態(tài)；所述bob隨機制備處于以下四種量子態(tài)之一{|0>,|1>,|+>,|
?
>}的單光子態(tài)量子比特；所述單光子態(tài)量子比特用于監(jiān)聽檢查；
[0073]
步驟b.alice和bob同時將各自的量子比特發(fā)送給；
[0074]
步驟c.所述收到alice和bob發(fā)送來的量子比特后，執(zhí)行貝爾態(tài)檢測，之后通過精典信道公布檢測結(jié)果；
[0075]
步驟d：所述alice通過精典信道通知bob，alice和bob均公布各自所制備的量子態(tài)，之后執(zhí)行檢測設(shè)備無關(guān)量子秘鑰分發(fā)合同一樣的監(jiān)聽偵測。監(jiān)聽檢查就是指，量子直接通訊可以測量出本次通訊中是否存在監(jiān)聽者。方式是通過公布通訊雙方一部份秘鑰，核實通訊雙方接收秘鑰的誤分辨率，假如誤分辨率很高，則覺得存在監(jiān)聽，否在覺得不存在竊聽。
[0076]
本發(fā)明在信息編碼過程中直接采取動態(tài)聯(lián)合差錯控制編碼的編碼方法，將所傳的信息用精典密碼加密后，再加載在量子態(tài)上，即用量子傳輸?shù)膶嶋H是加密后的密文。使用動態(tài)聯(lián)合差錯控制編碼可以保證，每輪所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，既包含本輪所傳信息，也包含加密下一輪所傳信息的秘鑰，而秘鑰濃度的多少可以按照本輪通訊的安全容量來估算。采用此種編碼方法可以消除量子儲存。
[0077]
按照上述說明書的闡明和教導，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對上述施行方法進行變更和更改。為此，本發(fā)明并不局限于前面闡明和描述的具體施行方法，對發(fā)明的一些更改和變更也應(yīng)該落入本發(fā)明的權(quán)力要求的保護范圍內(nèi)。據(jù)悉，雖然本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這種術(shù)語只是為了便捷說明，并不對發(fā)明構(gòu)成任何限制。
技術(shù)特點：
1.一種檢測設(shè)備無關(guān)量子直接通訊方式，其特點在于，包括用戶端alice、用戶端bob和檢測端，所述用戶端alice和用戶端bob用于形成、發(fā)送和接收量子比特，所述檢測端用于檢測量子比特；該方式包括隱型傳態(tài)量子傳輸 設(shè)備，隱型傳態(tài)步驟如下：步驟1.所述alice制備一個的雙光子態(tài)的糾纏態(tài)量子比特，雙光子態(tài)的糾纏態(tài)用于信息傳輸；所述bob隨機制備一個處于{|0〉,|1〉,|+〉,|
?
〉}的四種量子態(tài)之一的單光子態(tài)的量子比特；步驟2.alice發(fā)送糾纏態(tài)中的一個量子比特給，并保留剩下的一個量子比特，bob將隨機制備的單光子態(tài)的量子比特發(fā)送給；步驟3.所述收到alice和bob發(fā)送來的量子比特后，執(zhí)行貝爾態(tài)檢測，之后通過精典信道公布檢測結(jié)果；步驟4.所述alice執(zhí)行幺正操作，完成量子隱型傳態(tài)，alice保留的量子比特的量子態(tài)與bob所發(fā)送的量子比特的量子態(tài)相同。2.一種檢測設(shè)備無關(guān)量子直接通訊方式，其特點在于，包括用戶端alice、用戶端bob和檢測端，所述用戶端alice和用戶端bob用于形成、發(fā)送和接收量子比特，所述檢測端用于檢測量子比特；該方式安全性檢查和完整性檢查，其中安全性檢查步驟如下：步驟a.所述alice制備隨機的處于以下四種量子態(tài)之一{|0〉,|1>,|+>,|
?
>}的單光子態(tài)量子比特；所述bob隨機制備處于以下四種量子態(tài)之一{|0>,|1>,|+>,|
?
>}的單光子態(tài)量子比特；所述單光子態(tài)量子比特用于監(jiān)聽檢查；步驟b.alice和bob同時將各自的量子比特發(fā)送給；步驟c.所述收到alice和bob發(fā)送來的量子比特后，執(zhí)行貝爾態(tài)檢測，之后通過精典信道公布檢測結(jié)果；步驟d：所述alice通過精典信道通知bob，alice和bob均公布各自所制備的量子態(tài)，之后執(zhí)行檢測設(shè)備無關(guān)量子秘鑰分發(fā)合同里一樣的監(jiān)聽偵測，若誤幀率大于最大閥值之下，則判斷不存在監(jiān)聽行為，否則判斷本次通訊存在監(jiān)聽。3.如權(quán)力要求1或2所述的一種檢測設(shè)備無關(guān)量子直接通訊方式，其特點在于，所述完整性檢查包括以下步驟：步驟a.alice將須要傳輸?shù)男畔與隨機生成的秘鑰k進行異或操作得到密文m’，之后對密文m’執(zhí)行jeec編碼，得到秘鑰c，之后將秘鑰c調(diào)制到權(quán)力要求1中alice執(zhí)行幺正操作的量子比特上；步驟b.alice發(fā)送包含密文的量子比特及隨機選擇的隨機數(shù)給；步驟c.所述檢測包含密文的量子比特并通過精典信道公布檢測結(jié)果；若所述alice發(fā)送的是隨機數(shù)，則alice將公布檢測結(jié)果和alice制備的隨機數(shù)進行比對，若誤分辨率大于最大閥值之下，則判斷本次傳輸?shù)拿芪氖峭暾模駝t判斷存在監(jiān)聽者盜用了密文。4.如權(quán)力要求3所述的一種檢測設(shè)備無關(guān)量子直接通訊方式，其特點在于，還包括以下
步驟：步驟d.所述bob解碼公布的密文，并借助隨機生成的秘鑰k密文，得到傳輸?shù)男畔；若本幀沒被傳輸完畢，則返回步驟1或a；否則alice和bob采用步驟c中的誤分辨率來恐怕本輪通訊的安全容量，并估算可以提取的秘鑰數(shù)；提取秘鑰數(shù)之后alice和bob分別提取秘鑰并插入到秘鑰池中，用于加密和解碼下一輪的密文。5.如權(quán)力要求2所述的一種檢測設(shè)備無關(guān)量子直接通訊方式，其特點在于，所述誤分辨率最大閥值范圍是0
?
11％。6.如權(quán)力要求3所述的一種檢測設(shè)備無關(guān)量子直接通訊方式，其特點在于，所述誤分辨率最大閥值為0
?
5％。7.一種儲存裝置，該儲存裝置中儲存有多條指令，其特點在于，所述指令適用于由處理器加載并執(zhí)行如權(quán)力要求1
?
6任一所述的步驟操作。8.一種智能終端，包括用于執(zhí)行各指令的處理器和用于儲存多條指令的儲存裝置，其特點在于，所述指令適用于由所述處理器加載并執(zhí)行如權(quán)力要求1
?
6任一所述的步驟操作。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種檢測設(shè)備無關(guān)量子直接通訊方式，該方式通過Alice隨機制備一個的雙光子態(tài)的糾纏態(tài)量子比特，通過Bob隨機制備一個處于{|0＞，|1＞，|+＞，|
技術(shù)研制人員：李相潔龍桂魯胡敏郭邦紅
受保護的技術(shù)使用者：山東國騰量子科技有限公司
技術(shù)研制日：2021.06.30
技術(shù)公布日：2021/11/4