一种基于两点完全图量子行走的量子密钥分发方法及系统

技术领域

本发明涉及一种基于两点完全图量子行走的量子密钥分发方法及系统，属于量子密钥分发技术领域。

背景技术

无线通信是一种通过无线电波或其他电磁波传输信息的技术。使用无线通信技术，人们能够更加广泛地传播语音、图像等数据。然而，无线通信也面临挑战，例如存在安全和隐私的风险，需要适当的加密和保护措施来防止未经授权的访问和信息泄露。无线通信中的加密是一种保护无线数据传输安全性的关键技术。通过对通信信息加密，可以防止未经授权的用户窃听、篡改或恶意访问无线通信数据；在传统加密中，密钥的分发通常依赖于公开信道或者预先共享的密钥，而这些方法都存在被窃听或破解的风险。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于两点完全图量子行走的量子密钥分发方法及系统，具有提高共享密钥的安全性的效果，解决当前加密算法依赖于公开信道或者预先共享的密钥，易被窃听或破解的问题。

为达到上述目的/为解决上述技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种基于两点完全图量子行走的量子密钥分发方法，包括：

通信方Alice、通信方Bob和第三方Charlie分别生成包括多个硬币的第一随机比特串、包括多个硬币的第二随机比特串和包括多个硬币的第三随机比特串；

第三方Charlie根据第一随机比特串和第二随机比特串，按顺序对第三随机比特串进行量子行走验证处理；

对验证处理结果进行测量，获取测量结果；

第三方Charlie判断测量结果是否满足密钥生成条件，若是，则通信方Alice和通信方Bob将参与量子行走验证处理的第一随机比特串和第二随机比特串中的硬币储存为量子密钥；若否，则第三方Charlie继续对第三随机比特串中剩余的硬币进行量子行走验证处理。

进一步地，所述第三方Charlie根据第一随机比特串和第二随机比特串，按顺序对第三随机比特串进行量子行走验证处理，包括：

其中第一随机比特串包括多个硬币|a

第三方Charlie在硬币|a

更进一步地，第三方Charlie在硬币|a

其中：

C表示硬币算子，被初始化为I＝|0><0|+|1><1|；

T表示条件位移运算符，

W表示量子行走步长中的算子，W

更进一步地，，所述对验证处理结果进行测量，获取测量结果，包括：对硬币|c

更进一步地，，对验证处理结果进行测量，获取测量结果后，第三方Charlie从第三随机比特串中移除参与运算的硬币|c

更进一步地，，所述第三方Charlie判断测量结果是否满足密钥生成条件，若是，则通信方Alice和通信方Bob将参与量子行走验证处理的第一随机比特串和第二随机比特串中的硬币储存为量子密钥；若否，则第三方Charlie继续对第三随机比特串中剩余的硬币进行量子行走验证处理，包括：

若硬币|c

若硬币|c

第三方Charlie继续根据第一随机比特串和第二随机比特串，按顺序对第三随机比特串中剩余的硬币进行量子行走验证处理。

另一方面，本发明提供了一种基于两点完全图量子行走的量子密钥分发系统，包括：

Alice端、Bob端和Charlie端；

所述Alice端包括：

第一信号加密模块，用于生成包括多个硬币的第一随机比特串；

第一储存模块，用于将参与量子行走验证处理的第一随机比特串中的硬币储存为量子密钥；

所述Bob端包括：

第二信号加密模块，用于生成包括多个硬币的第二随机比特串；

第二储存模块，用于将参与量子行走验证处理的第二随机比特串中的硬币储存为量子密钥；

所述Charlie端包括：

第三信号加密模块，用于生成包括多个硬币的第三随机比特串；

验证模块，用于根据第一随机比特串和第二随机比特串，按顺序对第三随机比特串进行量子行走验证处理；

测量模块，用于对验证处理结果进行测量，获取测量结果；

判断模块，用于判断测量结果是否满足密钥生成条件。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本发明通过第三方Charlie根据通信方Alice、通信方Bob生成的第一随机比特串和第二随机比特串对生成的第三随机比特串按顺序进行量子行走验证处理，根据对验证处理的测量结果将第一随机比特串和第二随机比特串中的硬币匹配为量子密钥，提高了共享密钥安全性，解决了当前加密算法依赖于公开信道或者预先共享的密钥，易被窃听或破解的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于两点完全图量子行走的量子密钥分发方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种基于两点完全图量子行走的量子密钥分发方法的原理示意图；

图3是本发明实施例提供的一种基于两点完全图量子行走的量子密钥分发方法的两点完全图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义为两个以上。

实施例1

如图1所示，一种基于两点完全图量子行走的量子密钥分发方法，包括：

通信方Alice生成包括多个硬币的第一随机比特串，通信方Bob生成包括多个硬币的第二随机比特串，第三方Charlie生成包括多个硬币的第三随机比特串，其中：

第一随机比特串包括多个硬币∣a

如图2所示，通信方Alice、通信方Bob通过第三方基站Charlie认证彼此身份；通信方Alice、通信方Bob依次将第一随机比特串和第二随机比特串发送给第三方Charlie；

如图3所示，第三方Charlie根据第一随机比特串和第二随机比特串，按顺序对第三随机比特串进行量子行走验证处理，具体的：

第一随机比特串和第二随机比特串中的硬币|a

第三方Charlie在硬币|a

C表示硬币算子，被初始化为I＝|0><0|+|1><1|；

T表示条件位移运算符，

W表示量子行走步长中的算子，W

对验证处理结果进行测量，获取测量结果，具体的：对硬币|c

其中，下标ca表示两个量子比特依次为硬币|c

对验证处理结果进行测量，获取测量结果后，第三方Charlie从第三随机比特串中移除参与运算的硬币|c

第三方Charlie判断测量结果是否满足密钥生成条件，若是，则通信方Alice和通信方Bob将参与量子行走验证处理的第一随机比特串和第二随机比特串中的硬币储存为量子密钥；若否，则第三方Charlie继续对第三随机比特串中剩余的硬币进行量子行走验证处理，具体的：

若硬币|c

若硬币|c

第三方Charlie完成一次量子行走验证处理后，将继续根据第一随机比特串和第二随机比特串，按顺序对第三随机比特串中剩余的硬币进行量子行走验证处理，直到第三随机比特串中剩余的硬币全部验证处理完毕；

第一随机比特串和第二随机比特串中所有硬币参与第三方Charlie验证完毕后，相同的硬币∣a

实施例2

一种基于两点完全图量子行走的量子密钥分发系统，其特征在于，包括：

Alice端、Bob端和Charlie端；

Alice端包括：

第一信号加密模块，用于生成包括多个硬币的第一随机比特串；

第一储存模块，用于将参与量子行走验证处理的第一随机比特串中的硬币储存为量子密钥；

Bob端包括：

第二信号加密模块，用于生成包括多个硬币的第二随机比特串；

第二储存模块，用于将参与量子行走验证处理的第二随机比特串中的硬币储存为量子密钥；

Charlie端包括：

第三信号加密模块，用于生成包括多个硬币的第三随机比特串；

验证模块，用于根据第一随机比特串和第二随机比特串，按顺序对第三随机比特串进行量子行走验证处理；

测量模块，用于对验证处理结果进行测量，获取测量结果；

判断模块，用于判断测量结果是否满足密钥生成条件。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。