CN104301098A - 一种机会式量子网络编码方法 - Google Patents

Abstract

一种机会式量子网络编码方法，其特征在于：它充分发挥量子隐形传态的特性，设计一种机会式量子网络编码方法，采用量子态表征特定经典信息，采用量子隐形传态方法实现信息的传递，并以经典信道实现机会监听，实现量子网络编码的机会式特性；该方法有十大步骤。本发明将经典的机会网络编码思想应用于量子网络编码，利用量子信道保证通信的绝对安全性，并利用经典信道可监听的性质，由此实现具有机会式特点的量子网络编码。这将增强量子网络编码模型中量子信息传输的安全性，有利于进一步提高量子网络的传输性能。

Description

一种机会式量子网络编码方法

技术领域

本发明涉及一种机会式量子网络编码方法，属于通信网络技术领域。 

背景技术

网络编码理论于2000年由R.Ahlswede等学者提出，其划时代的意义在于突破了经典信息论中商品流无法被压缩的结论，指出网络信息流可以被压缩，从而进一步提升网络吞吐量。随后网络编码得到学术界和工业界的广泛关注，并且在理论和应用方面得到迅速的发展。2006年，Katti等学者依据机会路由和网络编码相结合的思想，提出了第一个可实现的、典型的机会网络编码协议COPE(complete opportunity encoding，完全机会编码)，可以应用于无线多跳网络。COPE协议的最大特点是，中继节点采用机会监听(opportunistic listening)技术获取周围节点所拥有的数据报文，以此确定自身最优的传输策略。 

近年来，量子网络由于具有经典网络所不具备的无条件安全性优势日益受到学术界关注，同时网络编码的思想也逐渐引入到量子网络中。量子网络编码利用了量子特性，拥有无条件安全性和扰动可检测性等经典网络编码所不具备的优势。目前的量子网络编码主要分为两大类，分别是通过量子网络传输量子态和通过量子网络传输经典信息。针对传输量子态，2006年，Hayashi提出了 经典的XQQ(crossing two qubits)协议，首次将网络编码应用到量子态传输方案中，利用蝶形网络实现了基于一定保真度的两个未知量子态概率性交叉传输。2007年，Hayashi又设计了基于发送方预共享纠缠态的量子网络编码方案，实现了量子态的完美传输。2010年Ma等人在Hayashi研究成果的基础上，提出了基于发送者共享非最大纠缠态的M-qudit交叉传输方案。而对于传输经典信息，大多数方案是以特定的量子态或量子操作来表征经典信息。例如，经典的密集编码(dense coding)能够在双方共享纠缠态的条件下，通过传输1个qubit，实现2个经典bit的传输。量子网络编码相对于经典网络编码而言，研究尚处于刚刚起步的阶段，需要进一步的深入研究。经典网络编码的研究对于如何提高量子网络编码的性能提供了借鉴和思考方向，如何将经典网络的优越性体现至量子网络中是当前的研究热点，对于进一步利用量子网络编码提高量子网络性能具有极为重要的意义。 

本发明将经典的机会网络编码思想应用于量子网络编码，充分发挥量子隐形传态的特性，利用量子信道保证通信的绝对安全性，并利用经典信道可监听的性质，由此实现具有机会式特点的量子网络编码。这将增强量子网络编码模型中量子信息传输的安全性，有利于进一步提高量子网络的传输性能。 

发明内容

本发明的技术解决问题：由于量子通信的扰动可检测性，任何对量子信道的窃听都能被通信者发现，而机会式网络编码要求通信节点可以监听周围节点 的状态，故与量子信道的不可监听性质形成了矛盾。如何区分恶意的窃听以实现安全性、如何保证合法的监听以实现机会性是必须解决的关键问题。 

本发明采取的技术方案是：一种机会式量子网络编码方法，它包含以下步骤： 

步骤1.构建一般量子网络模型，S为网络中任一合法节点，T_i(i＝1...l)为S的邻居节点。S与任一邻居节点的两个节点间预共享EPR纠缠对，用于量子态传输和量子信道认证。 

步骤2.构建四点网络模型，从S的邻居节点中任意选取一个节点作为通信节点A，该邻居节点的通信方作为B。为了区分窃听和监听，可以明确S为合法的监听节点，D为非法的窃听节点，目标实现S对A→B通信的合法监听，同时抵御D的非法窃听。 

步骤3.节点A采用量子信道认证方法对节点A和B间纠缠对的完备性进行确认。节点A和B预先拥有一个量子信道，该量子信道由n₁个EPR纠缠对构成。 

步骤4.节点A为了向节点B发送信息，在原始报文中数据位的基础上，拓展了标识位信息，生成用于传输的n₂位bit经典信息。其中，数据位即为报文的真实内容，标识位用于表示某个节点对报文的拥有与否，A，B，S分别对应标识位的一位。 

步骤5.节点A通过量子信道向节点B传递n₂位bit经典信息。节点A和B预先拥有另一个量子信道，该量子信道由n₂个EPR纠缠对构成。为了将经 典信息转化为量子信息，节点A首先制备出相应的n₂个量子态，基于预共享的EPR纠缠对，以量子隐形传态的方式将n₂个量子态发送给节点B。同时，节点A必须在辅助的经典信道中向节点B发送2n₂位bit的测量操作信息。 

步骤6.节点B收到2n₂位bit经典信息后，根据量子隐形传态的原理还原出n₂个量子态，并用事先规定的正交基进行测量，由测量结果对应0/1关系还原出相应的n₂位bit经典信息。 

步骤7.节点S通过经典信道监听到节点A和节点B间有信息往来，为了获得节点A发送给节点B的信息，节点S向节点A发送请求报文。 

步骤8.节点A收到节点S的请求报文后，先核实该报文标识位中S对应位是否为1。如果标识位为1，说明节点S拥有节点A刚刚发送的数据报文，对应这种情况，节点A向节点S回复结束报文，表明节点S已拥有该数据报文，不需要再向其发送。否则，如果标识位为0，可以确定节点S没有数据报文，则节点A先与节点S采用与步骤3相同的量子信道认证方法对纠缠对的完备性进行确认，认证完成后再通过量子信道以量子隐形传态的方式向节点S发送数据报文。 

步骤9.节点S重复步骤2～步骤8，实现对邻居节点所有量子信道的监听，即实现对所有邻居节点拥有数据报文状态的获取。 

步骤10.节点S根据已有的数据报文和数据报文中相应的标识位，选择最优的编码方案发送编码报文，尽量减少发送次数。 

其特征在于： 

本发明充分发挥量子隐形传态的特性，设计一种机会式量子网络编码方法，采用量子态表征特定经典信息，采用量子隐形传态方法实现信息的传递，并以经典信道实现机会监听，实现量子网络编码的机会式特性。 

本发明与现有技术相比的优点在于： 

(1)本发明利用基于预共享EPR纠缠对的量子隐形传态方法和量子信道认证方法，保证对量子信道的任何扰动都可被发送方发现，从而实现通信的绝对安全性。 

(2)本发明利用隐形传态辅助的经典信道进行机会监听，体现量子网络编码的机会式特性，并通过在数据报文中引入标识位的方法实现编码节点对相邻节点状态的获取，可以实现最优的编码传输。 

附图说明

图1为本发明的机会式量子网络编码方法； 

图2为本发明的量子隐形传态原理图； 

图3为本发明的一般量子网络模型图； 

图4为本发明的量子信道认证示意图； 

图5为本发明的监听后发送请求报文过程示意图； 

图6为本发明的机会式特性示意图； 

图7为本发明的经典信道攻击模型； 

图8为本发明的量子信道攻击模型。 

图中符号说明如下： 

S为一般量子网络模型中任一节点，也是四点网络模型中合法的监听者； 

A为信息的发送方； 

B为信息的接收方； 

D为非法的窃听者； 

T_i(i＝1...l)为一般网络模型中S的邻居节点； 

p_m为发送方A制备的测量粒子； 

p_a1,p_b1和p_a2,p_b2为EPR纠缠对，其中p_a1,p_a2由A保管，而p_b1,p_b2由B保管。 

具体实施方式

本发明所提出的一种机会式量子网络编码方法需解决以下两个问题：(1)由于量子通信的扰动可检测性，任何对量子信道的窃听都能被通信者发现，而机会网络编码要求通信节点可以监听周围节点的状态，故与量子信道的不可监听性质形成了矛盾，如何区分恶意的窃听和合法的监听是必须解决的首要问题；(2)如何使量子网络编码具有能够监听报文和选择编码方式的机会式性质呢？利用量子信道保证通信的绝对安全性，并利用经典信道可监听的性质实现机会式特点，由此实现量子网络编码的机会式特点。 

本发明的主要实现思想是：如图1所示，充分发挥量子隐形传态的特性，结合量子信道和经典信道，设计一种机会式量子网络编码方案。运用量子态表征特定经典信息，使用量子隐形传态实现信息的传递，并利用量子信道认 证技术，实现对量子信道进行非法窃听的恶意用户的检测。同时，利用量子网络编码模型中辅助经典信道的可用性，对辅助经典信道进行机会监听，解决数据报文的可监听性，实现量子网络编码的机会式特性。 

量子隐形传态充分利用了量子纠缠的性质，在通信双方预共享一个EPR纠缠对的基础上，通过传输2bit经典信息即可完成1个qubit未知量子态的传输，其具体过程如下： 

如图2所示，通信双方为Alice和Bob，他们预先享有一个处于纠缠状态的EPR对 

两个粒子分别由Alice和Bob保管。 

Alice希望将未知量子态传输给Bob，此时0，1，2三粒子的联合系统的状态为： 

$\begin{array}{c}|\mathrm{\ψ}{\⟩}_{012}=|\mathrm{\ψ}{\⟩}_0\⊗|{\mathrm{\φ}}^{+}{\⟩}_{12}={\left(\mathrm{\α}\right|0\⟩+\mathrm{\β}|1\⟩)}_0\⊗\frac{1}{\sqrt{2}}{\left(\right|00\⟩+11\⟩)}_{12}\\ =\frac{1}{2}\left[\right|{\mathrm{\φ}}^{+}{\⟩}_{01}{\left(\mathrm{\α}\right|0{\⟩}_2+\mathrm{\β}\left|1{\⟩}_2\right)+|{\mathrm{\φ}}^{-}\⟩}_{01}\left(\mathrm{\α}\right|0{\⟩}_2-\mathrm{\β}|1{\⟩}_2+{\mathrm{\ψ}}^{+}{\⟩}_{01}\left(\mathrm{\α}\right|1{\⟩}_2+\mathrm{\β}|{\⟩}_2+|{\mathrm{\ψ}}^{-}{\⟩}_{01}\left(\mathrm{\α}\right|1{\⟩}_2-\mathrm{\β}\left|{\⟩}_0\right)]\end{array}$

Alice为了将未知量子态传送给Bob，首先对粒子0和自己拥有的处于纠缠中的粒子1进行Bell基的联合测量，Bell基的四个基矢如下： 

$|{\mathrm{\φ}}^{+}\⟩=\frac{1}{\sqrt{2}}|00\⟩+\frac{1}{\sqrt{2}}|11\⟩$

$|{\mathrm{\φ}}^{-}\⟩=\frac{1}{\sqrt{2}}|00\⟩-\frac{1}{\sqrt{2}}|11\⟩$

测量之后，粒子2将会塌陷至如下四个状态之一： 

这四个结果分别对应采用Bell基测量后的四个结果： 

得到测量结果后，Alice通过经典信道将结果对应的2bit经典信息发送给Bob，Bob根据接收到的2bit信息选择对应的幺正变换对自己拥有的量子 

态2进行操作，粒子2的量子态恢复为未知量子态，则量子隐形传态过程完成。隐形传态中具体的幺正变换操作如表所示。 

表 隐形传态中幺正变换操作表 

量子隐形传态实现了量子信道和经典信道的结合，有利于机会特性的实现，提供了机会式量子网络编码实现的可能。 

事实上，量子信道和经典信道同时存在，监听和窃听也可能同时存在。 一方面，在量子信道上，信道干扰行为能够被检测到，而合法用户不会发生对量子信道的干扰行为，所以如果有窃听行为干扰信道，一定可以发现窃听者。另一方面，在经典信道上，虽然窃听者可以获取信息，但依据信息不能获取有意义信息，经典信道作用只是表明通信行为已经发生，所以对于合法用户而言，它是一种有效的提示信息，提示用户需要获取新的信息。所以，在量子网络编码设计上，可以利用量子信道检测窃听攻击，利用经典信道实现机会监听。 

本发明一种机会式量子网络编码方法，该方法具体实施步骤如下： 

步骤1.构建一般量子网络模型，S为网络中任一合法节点，T_i(i＝1...l)为S的邻居节点。S与任一邻居节点的两个节点间预共享EPR纠缠对，用于量子态传输和量子信道认证。 

机会式量子网络编码设计的重点是实现机会监听和机会编码。为了获取邻居节点的状态，如图3所示，构建一般量子网络编码模型，目标实现一个网络节点对周围l个邻居节点拥有数据报文的状态获取。 

对于量子信道，网络中任意两个节点间预共享n₁+n₂个EPR纠缠对，分别用于量子态传输和量子信道认证。同时，由于使用量子隐形传态，两个节点之间存在辅助的经典信道，用于量子隐形传态中测量操作信息的传输。 

步骤2.构建四点网络模型，从S的邻居节点中任意选取一个节点作为通信节点A，该邻居节点的通信方作为B。为了区分窃听和监听，可以明确S为合法的监听节点，D为非法的窃听节点，目标实现S对A→B通信的合法监 听，同时抵御D的非法窃听。 

不失一般性，采用多个种类节点的网络进行方案描述。如图1所示，为了实现对一个量子信道的监听，构建一个最小规模的四点网络模型，1个监听节点，2个传输节点，1个窃听节点。从S的邻居节点中任意选取2个节点作为通信节点A和B，同时S为合法的监听节点和编码节点，D为目非法的窃听节点，即网络中存在4个节点A、B、S、D，A要向B发送信息。通过这个模型，既要实现对窃听节点的检测，也要实现对监听节点的支持，并为监听节点提供刚刚传送的量子态。 

步骤3.节点A采用量子信道认证方法对节点A和B间纠缠对的完备性进行确认。节点A和B预先拥有一个量子信道，该量子信道由n₁个EPR纠缠对构成。 

在进行通信前，A首先需要对A、B间纠缠对的完备性进行确认，采用已有的量子信道认证方法，其具体描述如下： 

1)通信者A和B预先拥有一个量子信道，该量子信道由n₁对EPR 

纠缠对构成。每一对EPR纠缠对可表示为 

$|{\mathrm{\Φ}}_j^{+}\⟩=\frac{1}{\sqrt{2}}\left(\right|0_a^j{0}_b^j\⟩+|1_a^j{1}_b^j\⟩),j=\mathrm{1,2}...,n_1$

其中a，b分别表示A和B的粒子p_a和p_b。 

2)A制备一个任意的量子比特作为测量粒子p_m

其中θ和是A的秘密参数。接着，A将一个量子受控非门C_am作用在p_a和测量粒子p_m上，经过上述操作后，p_a，p_b，p_m成为三粒子纠缠系统， 

$|{\mathrm{\ψ}}^c>=C_{\mathrm{am}}|{\mathrm{\Φ}}^{+}>\⊗|{\mathrm{\ψ}}_m>$

$\begin{array}{c}=\underset{i=\mathrm{0,1}}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\γ}}_i\left(\right|0_a{0}_b{i}_m>+|0_a{0}_b{(i\⊕1)}_m>)\\ =\frac{1}{\sqrt{2}}\underset{i=0}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}|i_a{i}_b>\⊗(I{\mathrm{\δ}}_{i,0}+X_m{\mathrm{\δ}}_{i,1})|{\mathrm{\ψ}}_m>\end{array}$

式中γ1＝(αδ1，0+βδ1，1)/δ_i,j为克朗内克符号。经过上述操作后，量子信道|Φ⁺>和测量粒子|Ψ_m>成为三粒子纠缠比特。做完上述操作后，A将p_m发送给B。 

3)B收到p_m后，将C₁₂作用在p_m和p_b上，得到|Φ⁺>和|Ψ_m>的乘积态，即 

$C_{\mathrm{bm}}|{\mathrm{\Ψ}}^C\⟩=|{\mathrm{\Φ}}^{+}\⟩\⊗|{\mathrm{\ψ}}_m\⟩$

该式表明B的操作将|Φ⁺>和|Ψ_m>解纠缠，即经过该操作后，预先的量子信道与测量粒子不再关联。 

4)为了测试信道是否完善，B将测量粒子p_m按照与2)同样的方式与下一个纠缠比特纠缠，然后将测量粒子发送给A。 

5)A使用与3)一样的方法将|Φ⁺>和|Ψ_m>解纠缠，测量参数并与原始数据比较。若一致，表明两对量子纠缠比特没有受到干扰；若不一致，则至少一对纠缠比特受到了干扰，信道认证完毕。 

图4为量子信道认证过程示意图。 

通信双方A与B选取一定量的2m(m∈N⁺)个EPR纠缠对进行信道检测，若错误率ξ满足ξ≤□ξ₀+ξ₀(其中□ξ₀为噪声对信道的平均影响，ξ₀为检测扰动的阈值)，即扰动在正常范围内，则认为信道安全，不存在恶意窃听。若扰动过大，则认为量子信道遭到攻击，放弃本次通信。 

步骤4.节点A为了向节点B发送信息，在原始报文中数据位的基础上，拓展了标识位信息，生成用于传输的n₂位bit经典信息。其中，数据位即为报文的真实内容，标识位用于表示某个节点对报文的拥有与否，A，B，S分别对应标识位的一位。 

在量子信道认证完毕后，A，B间的通信可以正常进行。此时A要向B发送信息，假设n₂＝9，要发送的数据报文的有效信息为6位，A将该数据报文拓展为9位，其中前6位为信息位，信息位即为信息的真实内容；后3位为标识位，标识位用于标识其他附加信息；A，B，S对应于标识位的3位。 

以两个例子说明标识位的作用：1)若原始数据报文为110010，从A发送出去的数据扩展为110010100，即与A对应标识位的第一位，由于A拥有该数据报文，于是将A的标识位改为1。需要要注意的是，每个节点只会对标识位中对应自己的那一位进行操作，而不会对其余的标识位进行改变。2)若S收到一个数据报文为110010110，从前两位标识位可以知道A，B都已拥有这个数据报文，因为A、B在发送的时候分别将各自的标识位改为1。 

步骤5.节点A通过量子信道向节点B传递n₂位bit经典信息。节点A和B预先拥有另一个量子信道，该量子信道由n₂个EPR纠缠对构成。为了将经 典信息转化为量子信息，节点A首先制备出相应的n₂个量子态，基于预共享的EPR纠缠对，以量子隐形传态的方式将n₂个量子态发送给节点B。同时，节点A必须在辅助的经典信道中向节点B发送2n₂位bit的测量操作信息。 

以步骤4示例进行说明，A为了通过量子信道传递经典信息，需要将这9位经典信息转化为量子信息。事先规定一对正交基即对应的经典信息，如偏振光子 

0°→0,90°→1 

然后A制备出相应的9位量子态，基于预共享的EPR纠缠对，通过量子隐形传态的方式将9位量子态发送给B。值得注意的是，由于利用了隐形传态，A必须在经典信道中向B发送18bit的经典信息。 

步骤6.节点B收到2n₂位bit经典信息后，根据量子隐形传态的原理还原出n₂个量子态，并用事先规定的正交基进行测量，由测量结果对应0/1关系还原出相应的n₂位bit经典信息。 

以步骤5示例进行说明，B收到18经典bit之后，根据隐形传态的思想还原出这9个量子态，并用事先规定的0°和90°正交基进行测量，其测量结果根据0/1对应关系还原出相应的9位经典bit。 

步骤7.节点S通过经典信道监听到节点A和节点B间有信息往来，为了获得节点A发送给节点B的信息，节点S向节点A发送请求报文。 

节点S可以通过经典信道监听到A，B间有信息往来，但是S并不知道信息的具体内容(A在经典信道上发送给B的信息是B需要选择的幺正变换的 对应数字，对于S来说没用任何意义)。监听到有信息往来后的S想要获得A发送给B的信息，于是向A发送请求，此处可以规定经典信息1111对应为请求指令。监听后发送请求报文的具体过程如图5所示。 

步骤8.节点A收到节点S的请求报文后，先核实该报文标识位中S对应位是否为1。如果标识位为1，说明节点S拥有节点A刚刚发送的数据报文，对应这种情况，节点A向节点S回复结束报文，表明节点S已拥有该数据报文，不需要再向其发送。否则，如果标识位为0，可以确定节点S没有数据报文，则节点A先与节点S采用与步骤3相同的量子信道认证方法对纠缠对的完备性进行确认，认证完成后再通过量子信道以量子隐形传态的方式向节点S发送数据报文。 

A收到S的请求报文后，先核实该报文的标识位中S的对应位是否为1。由于网络中数据报文来往频繁，这个数据报文也许最初是由S发送给A的，如果是这样，说明该数据报文已被S所拥有，对应这种情况，A向S回复0000，表明S已拥有该数据报文，不需要再向其发送。但如果核实了标识位后，发现S并没有该报文，则A先与S用同样的量子信道认证方式对纠缠对的完备性进行确认，认证完成后再同样通过量子信道运用隐形传态向S发送信息。 

步骤9.节点S重复步骤2～步骤8，实现对邻居节点所有量子信道的监听，即实现对所有邻居节点拥有数据报文状态的获取。 

编码节点S只有尽可能多获得其他节点的数据报文的信息，才能尽可能将较多的数据报文进行编码，减少编码报文的发送。节点S需要采用步骤2-8 相同的方法，实现对邻居节点所有量子信道的监听。值得注意的是，这里的量子信道将不限制在S与邻居节点之间的信道，而是包括邻居节点与邻居节点以外节点的信道。 

步骤10.节点S根据已有的数据报文和数据报文中相应的标识位，选择最优的编码方案发送编码报文，尽量减少发送次数。 

节点S不能保证一次编码报文实现所有节点编码，所以只能通过多次编码来实现传输。S根据已有的数据报文和相应的标识位选择更合适的编码方案发送信息，此处的编码选取经典网络中的异或操作。该步骤充分体现了标识位对于减少编码次数的突出作用。 

本发明通过经典信道可监听的性质实现COPE协议中的机会监听思想，且监听特性不需要量子信道的参与，从而很好地解决了量子信道不可扰动和网络监听需求之间的矛盾。而标识位的引入也是COPE特性的体现，如图6所示，若节点B收到一个数据报文，解码后为110011100，则B能从该数据报文中获得的信息为：该数据报文的有效信息为110011，从标识位100可知A拥有该数据报文，而S没有。这相当于了解了周围节点对该数据报文的拥有情况。接着，B可以根据掌握的情况做出选择，掌握了其他节点的数据报文状态有利于选择合适的发包策略。例如，若在掌握了大量信息后，B知道A拥有数据报文P1，P2,而没有P3。此时B就可以选择发送给A(之所以不直接发送P3是因为万一信息被攻击者获取，在没有P1，P2的情况下攻击者也无法破译出有效信息，即适当地增加了安全性)，这就实现 了COPE中的机会编码思想。 

本发明消耗了较多的网络资源以保证安全性，从经典信道攻击和量子信道攻击两方面对本发明的安全性进行分析。 

经典信道攻击：在本发明中，经典信息隐藏于量子态中，量子态通过量子隐形传态传输，在经典信道上传输的信息只是发送方告知接收方对于EPR对中接收方拥有的粒子应采取的幺正变换。如图7所示，由于经典信道的性质，攻击者能够捕获经典信道上的全部信息并且不通信双方发现，即便如此，单纯地获到经典信道中的经典信息对于攻击者来说不能获得任何有用的信息，因此本发明能够抵御经典信道攻击。 

量子信道攻击：本发明中的量子信道有两条，一条是通信双方用于量子隐形传态的预共享的EPR纠缠对，这是一条潜在的量子信道，由于纠缠对中的两粒子分别由通信双方保存，因此对信道的攻击的可能方式是攻击者对任意一方的处于纠缠状态的量子进行测量或者其他操作；另一条量子信道是指在进行信道认证过程中，通信双方相互传送的测量粒子，该信道是实际存在的，对该信道的攻击方式可以为攻击者将测量粒子捕获并对其采取操作或替换，而检验这两种信道的攻击都依赖于量子信道认证技术，如图8所示。 

量子信道认证技术的安全性具有扎实的理论基础，可知： 

1)假设攻击者用另一个p'_m来替换测量粒子p_m，即p_m→p'_m，则信道认证无法通过。 

2)假设攻击者的任意攻击策略为ε，则ε作用在粒子p_m上的任何操 作都不可能获得有用信息。 

3)假设攻击者的任意攻击策略为ε，则ε对EPR纠缠对量子信道的任何扰动都会留下痕迹，从而可以被检测出来。 

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。 

以上所述仅是本发明一种机会式量子网络编码方法的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明一种机会式量子网络编码方法原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明一种机会式量子网络编码方法的保护范围。 

Claims (1)

1.一种机会式量子网络编码方法，其特征在于：它充分发挥量子隐形传态的特性，设计一种机会式量子网络编码方法，采用量子态表征特定经典信息，采用量子隐形传态方法实现信息的传递，并以经典信道实现机会监听，实现量子网络编码的机会式特性；该方法包含以下步骤：

步骤1.构建一般量子网络模型，S为网络中任一合法节点，T_i(i＝1...l)为S的邻居节点，S与任一邻居节点的两个节点间预共享EPR纠缠对，用于量子态传输和量子信道认证；

步骤2.构建四点网络模型，从S的邻居节点中任意选取一个节点作为通信节点A，该邻居节点的通信方作为B；为了区分窃听和监听，明确S为合法的监听节点，D为非法的窃听节点，目标实现S对A→B通信的合法监听，同时抵御D的非法窃听；

步骤3.节点A采用量子信道认证方法对节点A和B间纠缠对的完备性进行确认；节点A和B预先拥有一个量子信道，该量子信道由n₁个EPR纠缠对构成；

步骤4.节点A为了向节点B发送信息，在原始报文中数据位的基础上，拓展了标识位信息，生成用于传输的n₂位bit经典信息；其中，数据位即为报文的真实内容，标识位用于表示某个节点对报文的拥有与否，A，B，S分别对应标识位的一位；

步骤5.节点A通过量子信道向节点B传递n₂位bit经典信息，节点A和B预先拥有另一个量子信道，该量子信道由n₂个EPR纠缠对构成；为了将经典信息转化为量子信息，节点A首先制备出相应的n₂个量子态，基于预共享的EPR纠缠对，以量子隐形传态的方式将n₂个量子态发送给节点B；同时，节点A必须在辅助的经典信道中向节点B发送2n₂位bit的测量操作信息；

步骤6.节点B收到2n₂位bit经典信息后，根据量子隐形传态的原理还原出n₂个量子态，并用事先规定的正交基进行测量，由测量结果对应0/1关系还原出相应的n₂位bit经典信息；

步骤7.节点S通过经典信道监听到节点A和节点B间有信息往来，为了获得节点A发送给节点B的信息，节点S向节点A发送请求报文；

步骤8.节点A收到节点S的请求报文后，先核实该报文标识位中S对应位是否为1；如果标识位为1，说明节点S拥有节点A刚刚发送的数据报文，对应这种情况，节点A向节点S回复结束报文，表明节点S已拥有该数据报文，不需要再向其发送；否则，如果标识位为0，确定节点S没有数据报文，则节点A先与节点S采用与步骤3相同的量子信道认证方法对纠缠对的完备性进行确认，认证完成后再通过量子信道以量子隐形传态的方式向节点S发送数据报文；

步骤9.节点S重复步骤2～步骤8，实现对邻居节点所有量子信道的监听，即实现对所有邻居节点拥有数据报文状态的获取；

步骤10.节点S根据已有的数据报文和数据报文中相应的标识位，选择最优的编码方案发送编码报文，尽量减少发送次数。