【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于量子通信，特别涉及一种基于一次一密模式的量子安全直接通信方法。
技术介绍
1、在经典安全通信中，一次一密是到目前为止在理论上绝对安全的唯一一种经典加密方式。在经典一次一密中，由于通信双方用于加密和解密的密钥对窃听者而言是完全随机的，且密钥只使用一次，因而在信道中传输的密文，即用密钥加密机密信息得到的文件对窃听者而言是完全随机的；也就是说，窃听者能从密文中得到的机密信息与其直接猜测机密信息是一样的效果，因而经典一次一密的绝对安全性实际上是基于密钥的完全随机的结果。
2、量子安全直接通信是量子通信的一个新分支，与量子密钥分发通过在通信双方之间建立一个随机密钥不同，量子安全直接通信中发送方的秘密消息直接传递给接收方，无需事先共享私钥。换言之，量子安全直接通信没有密文，没有密钥，甚至没有密钥管理。只有满足以下两个要求的协议才能称为量子安全直接通信：一方面，在量子比特传输后，接收者应直接读出秘密信息，而不需要额外的经典信息；另一方面，即使有窃听者在场，编码的量子态也不应泄露，即窃听者不能在量子态中获取任何有用的信息。
3、目前，量子安全直接通信协议大多都是基于单光子的离散变量状态进行通信，然而，单光子难以与标准电信技术兼容，且不容易产生和检测，在传输过程中容易遇到较大损耗，通信效率低。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于一次一密模式的量子安全直接通信方法，以解决现有量子安全直接通信的通信效率低的问题。
2、为解决上述技术问题，
3、s1、发送者准备一组相干态a，通过量子信道发送给接收者；
4、s2、接收者将接收到的相干态a随机分为相干态s与相干态b，对相干态s中每个相干态执行零差检测，并将相干态s的正交位置、正交动量和零差检测结果发送给发送者，发送者根据第一有效信息量进行安全检测，若第一有效信息量大于安全阈值，则进行下一步，若第一有效信息量小于安全阈值，则放弃通信；
5、s3、接收者根据秘密信息对相干态b进行编码，若发送的秘密信息为0，则采用酉运算d(α1)进行编码，若发送的秘密消息为1，则选择酉运算d(α2)进行编码，并将编码后的相干态b发送给发送者；
6、s4、发送者从接收到的相干态b中随机选择一个相干态执行零差检测，将该相干态的正交位置、正交动量和零差检测结果发送给接收者，接收者根据第二有效信息量进行安全检测，若第二有效信息量大于安全阈值，则进行下一步，若第二有效信息量小于安全阈值，则放弃通信；
7、s5、发送者对其余的相干态b执行零差检测并计算阈值，若零差检测结果小于阈值，则发送者认为接收者正在执行酉操作d(α1)，进行解调得到秘密信息0，若零差检测结果大于阈值，则发送者认为接收者正在执行酉运算d(α2)，进行解调得到秘密信息1；
8、s6、解调完成后发送者计算秘密信息0和1的量子误码率，根据量子误码率判断所述量子信道是否安全。
9、进一步的，步骤s1中，所述接收者接收到的相干态a表示为|xa+ipa>，其中：
10、
11、式中，xa为接收者接收到的相干态的正交位置，pa为接收者接收到的相干态的正交动量，xb为发送者发送的相干态的正交位置，pb为发送者发送的相干态的正交动量，i为虚数单位，δxex表示xa的信道过噪声，δpex表示pa的信道过噪声，δxv表示xa的散粒噪声，δpv表示pa的散粒噪声，∈为传输过程中的过噪声，t为传输效率，t＝10-0.02l，l为传输距离，vb为发送者的调制方差。
12、进一步的，步骤s2中，所述接收者执行零差检测结果表示为|x'a+ip'a>，其中：
13、
14、式中，x'a为零差检测所得的正交位置，p'a为零差检测所得的正交动量，i为虚数单位，xb为发送者发送的相干态的正交位置，pb为发送者发送的相干态的正交动量，η表示零差检测效率，t为传输效率，δxex表示x'a的信道过噪声，δpex表示p'a的信道过噪声，δxv表示x'a的散粒噪声，δpv表示p'a的散粒噪声，δxel表示x'a的的电噪声，δpel表示p'a的电噪声，vel是电噪声的数值大小。
15、进一步的，步骤s2中，所述第一有效信息量表示为：
16、δi1＝βiab-χae
17、式中，δi1为第一有效信息量，β为协商效率，iab为接收者和发送者之间的香农互信息，χae为接收者和可能存在的窃听者之间互信息的霍格列界，所述安全阈值大于零。
18、进一步的，步骤s3中，所述酉运算d(α1)表示为：
19、
20、式中，α1为中间参数无实际意义，为酉运算d(α1)对量子态均值的变化量，i为虚数单位，xa为接收者接收到的相干态的正交位置，pa为接收者接收到的相干态的正交动量，xu表示xa的第一高斯变量，pu表示pa的第一高斯变量，xu、pu满足高斯分布为中间参数无实际意义，v为方差，χline为检测附加噪声，χline＝1/t+∈-1，t为传输效率，∈为传输过程中的过噪声；
21、所述酉运算d(α2)表示为：
22、
23、
24、式中，α2为中间参数无实际意义，为酉运算d(α2)对量子态均值的变化量，xv表示xa的第二高斯变量，pv表示pa的第二高斯变量。
25、进一步的，步骤s4中，所述第二有效信息量表示为：
26、δi2＝βiab-χbe
27、式中，δi2为第二有效信息量，β为协商效率，iab为接收者和发送者之间的香农互信息，χbe为发送者和可能存在的窃听者之间互信息的霍格列界，所述安全阈值大于零。
28、进一步的，步骤s5中，所述阈值表示为：
29、
30、式中，为阈值，为酉运算d(α1)对量子态均值的变化量，为酉运算d(α2)对量子态均值的变化量。
31、进一步的，步骤s6中，所述量子误码率计算为：
32、
33、式中，p0err为秘密信息0的量子误码率，p1err为秘密信息1的量子误码率，为阈值，为酉运算d(α1)对量子态均值的变化量，为酉运算d(α2)对量子态均值的变化量，σu为中间参数无实际意义，x为积分变量。
34、本专利技术的有益效果是：
35、本专利技术采用酉运算表达秘密信息，包含安全检测和信息传输两个阶段。在安全检测阶段，bob与alice随机选择部分相干态计算有效信息量，通过比较有效信息量和安全阈值来判断通道的安全性，该阶段可避免窃听者eve窃听，增加通信安全性；在信息传输阶段，alice通过两种不同的酉运算对秘密消息进行相干状态编码，然后发回给bob，采用酉运算可保持量子态的归一性与相干性，确保信息的完整性。
36、本专利技术采用连续变量的量子态进行直本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于一次一密模式的量子安全直接通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于一次一密模式的量子安全直接通信方法，其特征在于，步骤S1中，所述接收者接收到的相干态A表示为|XA+iPA>，其中：
3.根据权利要求1所述的一种基于一次一密模式的量子安全直接通信方法，其特征在于，步骤S2中，所述接收者执行零差检测结果表示为|X'A+iP'A>，其中：
4.根据权利要求1所述的一种基于一次一密模式的量子安全直接通信方法，其特征在于，步骤S2中，所述第一有效信息量表示为：
5.根据权利要求1所述的一种基于一次一密模式的量子安全直接通信方法，其特征在于，步骤S3中，所述酉运算D(α1)表示为：
6.根据权利要求1所述的一种基于一次一密模式的量子安全直接通信方法，其特征在于，步骤S4中，所述第二有效信息量表示为：
7.根据权利要求1所述的一种基于一次一密模式的量子安全直接通信方法，其特征在于，
8.根据权利要求1所述的一种基于一次一密模式的量子安全直接通信方法，其特征
...【技术特征摘要】
1.一种基于一次一密模式的量子安全直接通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于一次一密模式的量子安全直接通信方法，其特征在于，步骤s1中，所述接收者接收到的相干态a表示为|xa+ipa>，其中：
3.根据权利要求1所述的一种基于一次一密模式的量子安全直接通信方法，其特征在于，步骤s2中，所述接收者执行零差检测结果表示为|x'a+ip'a>，其中：
4.根据权利要求1所述的一种基于一次一密模式的量子安全直接通信方法，其特征在于，步骤s2中...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵微，李广耀，吴成，汪付强，张鹏，
申请(专利权)人：山东省计算中心国家超级计算济南中心，
类型：发明
国别省市：
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