基于可重用基序列的量子安全通信方案

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1、更多技术文章，论文请登录www.srvee.com第１期电子学报Ｖｏｌ．３８Ｎｏ．１２０１０年１月ＡＣＴＡＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＡＳＩＮＩＣＡＪａｎ．２０１０基于可重用基序列的量子安全通信方案孙莹１，２，温巧燕１，朱甫臣３（１．北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室，北京１００８７６；２．西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室，陕西西安７１００７１；３．现代通信国家重点实验室，四川成都６１００４１）摘要：本文利用两粒子最大纠缠态作为经典信息的载体，根据通信双方事先共享的基序列之间的相互关系制备和测量量子态，结合纠缠纯化和密性增强技术，提出了一种量子安全通信

2、方案，并且分析了它的安全性．由于方案中测量基的选择是确定性而非随机性的，所以避免了密钥分发过程中的粒子浪费．若不考虑窃听检测所消耗的粒子，平均１个纠缠粒子对能够建立１ｑｕｂｉｔ量子密钥或者１ｂｉｔ经典密钥．关键词：量子密码；两粒子最大纠缠态；可重用基序列中图分类号：ＴＮ９１８１文献标识码：Ａ文章编号：０３７２２１１２（２０１０）０１０１１１０６ＱｕａｎｔｕｍＳｅｃｕｒｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＲｅｕｓａｂｌｅＢａｓｅｓＳｅｑｕｅｎｃｅｓ１，２，ＷＥＮＱｉａｏｙａｎ１，ＺＨＵＦｕｃｈｅｎ３ＳＵＮＹｉｎｇ（１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬ

3、ａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＮｅｔｗｏｒｋｉｎｇａｎｄＳｗｉｔｃｈｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｏｓｔｓａｎｄＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００８７６，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＳｅｒｖｉｃｅＮｅｔｗｏｒｋ，ＸｉｄｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ，Ｓｈａａｎｘｉ７１００７１，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｏｄｅｒｎＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＰＯＢｏｘ８１０，Ｃｈｅｎｇｄｕ，Ｓｉｃｈｕａｎ６１００４１

4、，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｑｕａｎｔｕｍｓｅｃｕｒｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｓｃｈｅｍｅｉｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｗｏｐａｒｔｉｃｌｅｍａｘｉｍｕｍｑｕａｎｔｕｍｅｎｔａｎｇｌｅｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈｉｓｔｈｅｃａｒｒｉｅｒｏｆｔｈｅｃｌａｓｓｉｃａｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｓｕｃｈａｓｅｎｔａｎｇｌｅｍｅｎｔｐｕｒｉｆｙａｎｄｐｒｉｖａｃｙａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ．

5、Ｉｎｔｈｉｓｓｃｈｅｍｅ，ｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｔｓｇｅｎｅｒａｔｅａｎｄｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｑｕａｎｔｕｍｓｔａｔｅｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｗｏｂａｓｅｓｓｅｑｕｅｎｃｅｓｓｈａｒｅｄｉｎａｄｖａｎｃｅ．Ｔｈｅｒｅａｒｅｎｏｄｉｓｃａｒｄｅｄｄａｔａｉｎｔｈｅｉｄｅａｌｃａｓｅａｓａｒｅｓｕｌｔｏｆｔｈｅｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃｂａｓｅｓ．Ｏｎｅｅｎｔａｎｇｌｅｄｓｔａｔｅｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｓｈａｒｅ１ｑｕｂｉｔｏｒ１ｂｉｔｏｎａｖｅｒａｇｅｉｆｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｆｏｒｅａｖｅｓｄｒｏｐｐｉｎｇｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｒｅｎｏｔｃｏｎｃ

6、ｅｒｎｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｑｕａｎｔｕｍｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｙ；ｔｗｏｐａｒｔｉｃｌｅｍａｘｉｍｕｍｅｎｔａｎｇｌｅｄｓｔａｔｅ；ｒｅｕｓａｂｌｅｂａｓｅｓｓｅｑｕｅｎｃｅ［２，３］在此基础上提出了量子密码的概念，并于１９８４年提１引言［４］出了第一个量子密钥分发（ＱＫＤ）协议—ＢＢ８４协议．密码技术在信息安全领域中有着举足轻重的地位，到目前为止，只有一次一密便签密码（ｏｎｅｔｉｍｅｐａｄ是实现数据加密、访问控制、数字签名等技术的关键．然ｓｃｈｅｍｅ）［５］被证明在随机密钥不被重复利用且与明文等而大部分经典密码的安全性都是基于某个数学难题，虽长的

7、条件下是绝对安全的，而一次一密便签密码方案中然在目前的计算资源和能力下是暂时安全的，但随着计最重要的就是如何实现密钥的安全分发，所以，对于利算机技术的飞速发展，特别是对量子计算的研究表明，用量子物理特性来保证密钥分发安全性的ＱＫＤ协议的基于量子力学原理的量子算法具有强大的计算能力，经研究引起了人们极大的关注［６～１２］．各种分析量子密码典密码体制的安全性在量子计算环境下将受到严重威安全问题的研究成果也纷纷涌现［１３～１５］．胁．虽然ＢＢ８４协议的无条件安全性已经得到证基于量子力学基本原理的量子密码的出现解决了明［１６～１８］，并且由于其简单易行一直深受推崇，

8、但是协议上述问题．１９６９年ＳＷｉｅｓｎｅｒ首先提