基于单光子的单向量子安全通信协议.doc

权东晓 裴昌幸 刘 丹 赵 楠(西安电子科技大学 权东晓 裴昌幸 刘 丹 赵 楠 (西安电子科技大学综合业务网理论及关键技术国家重点实验室，西安 710071) (2009 年 7 月 11 日收到;2009 年 7 月 30 日收到修改稿) 提出了基于单光子的单向量子安全通信方案. 发送方在对信息序列进行编码操作之前首先将其和随机序列进 行异或操作并插入校验序列. 接收方收到光子后对其进行延迟，此后发送方公布编码基从而使接收方在正确的基 下进行测量. 接着双方通过校验序列判断信道的安全性，如果信道安全，则发送方公布接收方有测量结果的位置所 对应的随机序列，接收方由此恢复出信息序列;如果信道不安全，窃听者所获得的只是随机的发送序列，信息序列 仍然是安全的. 此协议与双向通信协议相比具有传输效率高、易于实现等优点. 关键词: 量子密码，量子安全通信，单光子，单向通信 PACC: 4250，4230Q，0365 方案［15］. 朱爱东等提出了基于顺序重排的 QSDC 协 议［16］，李熙涵等指出此协议对木马攻击是不安全 的，并进行了改进［17］. 王剑等提出了基于单光子顺 序重 排 的 QSDC 协 议［18］和 多 方 控 制 的 QSDC 协 引 言 1. 自从 Bennett 和 Brassard 在 1984 年提出第一个 量子密钥分发协议［1］(BB84)以来，量子通信得到了 快速的发展. 量子通信主要包括量子密钥分发［1—8］ ［19］ ［20］ 议 . 最近利用 χ 型纠缠态的 QSDC 协议 、利用 ［21］ 身份认证来提高 QSDC 安全性的协议 等分别被 提出. ( quantum key distribution，QKD )，量 子 秘 密 共 ［26—29］ 量子 安全通信的另 一 个 分 支 是 DSQC 享［9—11］(quantum secret sharing，QSS) 和量子安全直 接通信［12—21］( quantum secure direct communication， QSDC). 通过 QKD 可以在发送端和接收端协商出无 条件安全的量子密钥，从而利用此密钥对信息进行 一次一密加密，就可以通过经典信道进行安全的通 信. 通过 QSS 可以在量子场景下实现经典的秘密共 享，可以在共享者之间共享经典信息和量子信息. QSDC 是量子通信的一个新的分支，它可以直 接安全地传输信息，而不需要先产生密钥，然后再 对信息进行加密［22］. 2002 年，Bostrom 和 Felbinger 借鉴量子密集编码［23］的思想提出了“ping-pong”协 议［12］，利用纠缠对作为信息载体，但是这只是一个 准安全的量子安全直接通信方案［24，25］. 2003 年，邓 富国等利用块传输的思想，提出了基于纠缠对的两 步 QSDC 方案［13］和基于单光子的 QSDC 方案［14］. 王 川等利用量子密集编码的思想提出了高维度 QSDC (deterministic secure quantum communication)，接收 者不能直接从测量结果中读出秘密信息，而是必须 收到发送者传来的经典信息后才能够读出秘密信 息. Beige 等［26］提出了基于单光子的 DSQC 方案，高 亭等［27］、满钟晓等［28］分别提出了基于纠缠交换的 DSQC 方案. 李熙涵等提出了基于纯纠缠态的 DSQC 和基 于 任 意 维单光子的单向 DSQC［29］. 虽 然 d DSQC 要交换大量的经典信息，但是在确定信道安 全以后就不需要传递携带信息的量子比特了，在有 噪声的情况下适应性更好. 本文提出了基于单光子的单向量子安全通信 方案，在对信息序列进行编码操作之前首先将其和 随机序列进行异或操作并插入校验序列，接收方对 光子进行延迟后可以顺序对光子进行测量. 分析表 明此协议能够保证信息序列的安全性，并且具有传 输效率高、易于实现等优点. 信过程中是公布的，因此每次通信都要选用新的随机序列和编码基序列并改变校验序列的位置，在安 全性分析中进行具体说明. 虽然协议中传输的是 4 个不同状态的光子，但每个光子只能代表 1 bit 信过程中是公布的，因此每次通信都要选用新的随 机序列和编码基序列并改变校验序列的位置，在安 全性分析中进行具体说明. 虽然协议中传输的是 4 个不同状态的光子，但每个光子只能代表 1 bit 的信 息，因为在通信过程中需要公布编码基，否则会带 来信息泄漏. 可以看出，本文所提协议与邓富国等［5］提出的 基于延迟的 BB84 协议，李熙涵等［29］提出的基于任 意 d 维单光子的量子安全通信协议和经典密码通信 都具有相似之处. 与延迟的 BB84 协议的区别在于 BB8