CN107483189A - 一种基于量子纠缠的量子密码锁系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于量子纠缠的量子密码锁系统，该系统由密码生成系统和量子密码控制系统组成；当需要添加新用户时，需要首先对管理员用户拥有的密码生成系统生成的密码进行验证，验证通过后，管理员用户能够添加新的用户，并能够为新用户的密码生成系统完成纠缠粒子分配；当用户需要开锁时，用户通过自己拥有的密码生成系统生成数字序列，然后量子密码控制系统对收到的数字序列进行密码验证，验证通过，则开锁成功。本发明提出的一种基于量子纠缠的量子密码锁系统基于量子纠缠技术生成量子密码，其基于量子不可复制原理确保密码不被他人所复制、盗取，确保密码安全，具备安全性能好、操作方便都优势。

Description

一种基于量子纠缠的量子密码锁系统
技术领域
本发明公开了一种基于量子纠缠的量子密码锁系统，属于物联网智能家居领域。
背景技术
对于传统的按键密码锁，一旦密码被他人窃取，他人就能够使用获得的密码打开密码锁，造成家庭安全隐患，安全系数较低。指纹密码锁能够有效解决这一问题，因为指纹特征的唯一性，通过指纹验证开锁，安全系数较高。然而使用指纹密码锁，一旦手指脱皮可能会导致指纹密码锁无法识别的问题；同时指纹也存在被他人盗取指模的可能，仍然存在一定的安全隐患。
本发明提出的一种基于量子纠缠的量子密码锁系统基于量子纠缠技术生成量子密码，其基于量子不可复制原理确保密码不被他人所复制、盗取，确保密码安全，具备安全性能好、操作方便都优势。
发明内容
一种基于量子纠缠的量子密码锁系统包括密码生成系统和量子密码控制系统，如附图1所示。每个量子密码锁系统用户都拥有一个密码生成系统，量子密码控制系统安装在门上。用户通过自己拥有的密码生成系统生成密码，然后把密码提供给量子密码控制系统用于开锁。
量子密码控制系统包括量子纠缠对分配模块、量子测量模块、按键模块、光纤通信模块、微处理器模块、液晶显示模块、经典存储模块、量子存储模块和无线收发模块；将量子密码控制系统的量子存储模块区间划分为V个量子存储区域，对存储区域按照1、2...、V的顺序对其进行编号；量子密码控制系统中当前已有的用户数用U表示，将U的数值保存在其经典存储模块中；量子密码控制系统对应的第i号量子存储区域中保存的剩余纠缠粒子数用Zi表示，其中1≤i≤U；将Zi的数值保存在量子密码控制系统的经典存储模块中。
密码生成系统包括量子测量模块、按键模块、光纤通信模块、微处理器模块、液晶显示模块、经典存储模块、量子存储模块和无线收发模块；密码生成系统对应的量子存储模块中保存的剩余纠缠粒子数用Y表示，将Y的数值保存在其经典存储模块中。
初始情况下，在量子密码控制系统和管理员用户的密码生成系统之间，完成纠缠粒子对分配，纠缠粒子对分配具体步骤如下：
步骤1、通过光纤将量子密码控制系统的光纤通信模块和密码生成系统的光纤通信模块连接起来。由量子密码控制系统的量子纠缠对分配模块制备n个纠缠粒子对，表示为AiBi，其中1≤i≤n；每对纠缠粒子对AiBi的纠缠态表示为：，其中；
步骤2、将量子密码控制系统制备得到的n个纠缠粒子Ai存储在量子密码控制系统拥有的量子存储模块的1号量子存储区域中，1号量子存储区域中保存的纠缠粒子可用于开锁和用户管理功能；U的初始值设置为1；
步骤3、量子密码控制系统将制备得到的n个纠缠粒子Bi通过光纤通信模块发送给密码生成系统的光纤通信模块，密码生成系统收到n个纠缠粒子Bi后，将其存储在自己的量子存储模块中；将密码生成系统对应的Y的数值设置为n，将Y的数值保存在密码生成系统的经典存储模块中。
添加新用户功能；在基于量子纠缠的量子密码锁系统中，只有管理员用户能够在系统中添加新用户；当需要添加新用户时，需要首先对管理员用户拥有的密码生成系统生成的密码进行验证，验证通过后，管理员用户能够添加新的用户，并能够为新用户的密码生成系统完成纠缠粒子分配；添加新用户的具体步骤如下：
步骤1、管理员用户通过其拥有的密码生成系统的按键模块输入密码生成命令，密码生成系统的微处理器模块收到命令后，从其经典存储模块中读取剩余纠缠粒子数Y，从自己的量子存储模块中取出m个纠缠粒子，将Y的数值减去m，将Y的数值保存在其经典存储模块中；对取出的每个纠缠粒子以和作为基矢进行量子测量，如果测量的结果为，则在其液晶显示模块上显示0；如果测量的结果为，则在其液晶显示模块上显示1；则对m个纠缠粒子完成量子测量后，可以得到m个测量结果，在其液晶显示模块上会得到一个包含m个数字的数字序列，，的数值为0或者1；
步骤2、通过量子密码控制系统的按键模块输入管理员用户得到的数字序列，量子密码控制系统的微处理器模块收到数字序列后，将其存储在自己的经典存储模块中；
步骤3、量子密码控制系统从自己量子存储模块的1号量子存储区域中取出m个纠缠粒子，从量子密码控制系统的经典存储模块中读取剩余纠缠粒子数Z1，将Z1的数值减去m，将Z1的数值保存在量子密码控制系统的经典存储模块中；对取出的每个纠缠粒子以和作为基矢进行量子测量，如果测量的结果为，则在其液晶显示模块上显示0；如果测量的结果为，则在其液晶显示模块上显示1；则对m个纠缠粒子完成量子测量后，可以得到m个测量结果，在其液晶显示模块上会得到一个包含m个数字的数字序列，，的数值为0或者1；
步骤4、量子密码控制系统对数字序列和存储在其经典存储模块中的数字序列进行比较，完成密码验证；如果密码验证通过，则执行步骤5；如果密码验证不通过，则新用户添加失败，执行步骤8；
步骤5、通过光纤连接量子密码控制系统和新的密码生成系统，量子密码控制系统生成n个纠缠粒子对，读取量子密码控制系统经典存储模块中保存的当前用户数U；如果U<V，将生成的n个纠缠粒子对中的n个纠缠粒子保存在量子密码控制系统的第U+1个量子存储区域中，将另外n个纠缠粒子分配给新的量子密码生成系统，将量子密码控制系统经典存储模块中保存的当前用户数U的数值加1，新用户添加成功，执行步骤6；如果U大于等于V，新用户添加失败，执行步骤8；
步骤6、如果需要继续添加新的用户，执行步骤7；如果不需要继续添加新的用户，执行步骤8；
步骤7、如果U<V，执行步骤5；否则，执行步骤8；
步骤8、用户添加结束；
在步骤4中，主要包含如下步骤：
步骤41、假定，从数字序列中取出第个数字；从数字序列中取出第个数字；执行步骤42；
步骤42、从数字序列中取出的数字用A表示，从数字序列中取出的数字用B表示；如果A等于1，B等于0，执行步骤43；如果A等于0，B等于1，执行步骤43；如果A、B的数值相等，将k的数值设置为0，执行步骤44；
步骤43、如果，则将的数值加1，从数字序列中取出第个数字，从数字序列中取出第个数字，执行步骤42；如果，将k的数值设置为1，执行步骤44；
步骤44、如果k等于1，则密码验证通过；如果k等于0，则密码验证不通过，添加新用户失败。
开锁功能；在基于量子纠缠的量子密码锁系统中，当用户需要开锁时，用户通过自己拥有的密码生成系统生成数字序列，然后量子密码控制系统对收到的数字序列进行密码验证，验证通过，则开锁成功。验证完成后，在量子密码控制系统和各个用户拥有的密码生成系统之间完成纠缠粒子同步；以便量子密码控制系统的每个量子存储区域中剩余的纠缠粒子数，能够和对应密码生成系统量子存储模块中的剩余纠缠粒子数相同；开锁的具体步骤如下：
步骤1、用户通过密码生成系统的按键模块输入密码生成命令，密码生成系统的微处理器模块收到命令后，从其经典存储模块中读取剩余纠缠粒子数Y，从自己的量子存储模块中取出m个纠缠粒子，将Y的数值减去m，将Y的数值保存在其经典存储模块中；对取出的每个纠缠粒子以和作为基矢进行量子测量，如果测量的结果为，则在其液晶显示模块上显示0；如果测量的结果为，则在其液晶显示模块上显示1；则对m个纠缠粒子完成量子测量后，可以得到m个测量结果，在其液晶显示模块上会得到一个包含m个数字的数字序列，，的数值为0或者1；
步骤2、通过量子密码控制系统的按键模块输入用户得到的数字序列，量子密码控制系统的微处理器模块收到数字序列后，将其存储在自己的经典存储模块中；
步骤3、将i的数值设置为1，执行步骤4；
步骤4、量子密码控制系统从自己量子存储模块的第i号量子存储区域中取出m个纠缠粒子，从量子密码控制系统的经典存储模块中读取剩余纠缠粒子数Zi，将Zi的数值减去m，将Zi的数值保存在量子密码控制系统的经典存储模块中；对取出的每个纠缠粒子以和作为基矢进行量子测量，如果测量的结果为，则得到的数字为0；如果测量的结果为，则得到的数字为1；则对m个纠缠粒子完成量子测量后，可以得到m个测量结果，能够得到一个包含m个数字的数字序列，，的数值为0或者1；
步骤5、量子密码控制系统对数字序列和存储在其经典存储模块中的数字序列进行比较，完成密码验证；如果密码验证通过，则量子密码锁开锁成功，执行步骤7；如果密码验证不通过，则执行步骤6；
步骤6、读取量子密码控制系统经典存储模块中保存的当前用户数U，如果i的数值等于用户数U，则此次量子密码锁开锁失败，执行步骤7；反之则将i的数值加1，执行步骤4；
步骤7、从量子密码控制系统的经典存储模块中读取第i个量子存储模块中的剩余纠缠粒子数Zi，将Zi的数值通过量子密码控制系统的无线收发模块发送给第i个用户的密码生成系统，无线收发模块通过经典互联网完成数据传送；
步骤8、第i个用户对应的密码生成系统收到的剩余纠缠粒子数的数值用VS表示，从第i个用户对应的密码生成系统的经典存储模块中读取其预先保存的剩余纠缠粒子数Y，如果VS小于Y，从自己的量子存储模块中取出Y-VS个纠缠粒子丢弃，使量子存储模块中剩余的纠缠粒子数等于VS，执行步骤9；如果VS大于等于Y，执行步骤9；
步骤9、如果i大于1，将i的数值减1，执行步骤7；如果i等于1，则量子密码控制系统和每个用户对应的密码生成系统完成纠缠粒子同步；
在步骤5中，主要包含如下步骤：
步骤51、假定，从数字序列中取出第个数字；从数字序列中取出第个数字；执行步骤52；
步骤52、从数字序列中取出的数字用A表示，从数字序列中取出的数字用B表示；如果A等于1，B等于0，执行步骤53；如果A等于0，B等于1，执行步骤53；如果A、B的数值相等，将k的数值设置为0，执行步骤54；
步骤53、如果，则将的数值加1，从数字序列中取出第个数字，从数字序列中取出第个数字，执行步骤52；如果，将k的数值设置为1，执行步骤54；
步骤54、如果k等于1，则密码验证通过；如果k等于0，则密码验证不通过。
附图说明
图1是基于量子纠缠的量子密码锁系统。
具体实施方式
初始情况下，在量子密码控制系统和管理员用户的密码生成系统之间，完成纠缠粒子对分配。
添加新用户功能；在基于量子纠缠的量子密码锁系统中，只有管理员用户能够在系统中添加新用户；当需要添加新用户时，需要首先对管理员用户拥有的密码生成系统生成的密码进行验证，验证通过后，管理员用户能够添加新的用户，并能够为新用户的密码生成系统完成纠缠粒子分配。
开锁功能；在基于量子纠缠的量子密码锁系统中，当用户需要开锁时，用户通过自己拥有的密码生成系统生成数字序列，然后量子密码控制系统对收到的数字序列进行密码验证，验证通过，则开锁成功。验证完成后，在量子密码控制系统和各个用户拥有的密码生成系统之间完成纠缠粒子同步；以便量子密码控制系统的每个量子存储区域中剩余的纠缠粒子数，能够和对应密码生成系统量子存储模块中的剩余纠缠粒子数相同。

Claims (2)

1.一种基于量子纠缠的量子密码锁系统包括密码生成系统和量子密码控制系统；量子密码控制系统包括量子纠缠对分配模块、量子测量模块、按键模块、光纤通信模块、微处理器模块、液晶显示模块、经典存储模块、量子存储模块和无线收发模块；将量子密码控制系统的量子存储模块区间划分为V个量子存储区域，对存储区域按照1、2...、V的顺序对其进行编号；量子密码控制系统中当前已有的用户数用U表示，将U的数值保存在其经典存储模块中；量子密码控制系统对应的第i号量子存储区域中保存的剩余纠缠粒子数用Zi表示，其中1≤i≤U；将Zi的数值保存在量子密码控制系统的经典存储模块中；密码生成系统包括量子测量模块、按键模块、光纤通信模块、微处理器模块、液晶显示模块、经典存储模块、量子存储模块和无线收发模块；密码生成系统对应的量子存储模块中保存的剩余纠缠粒子数用Y表示，将Y的数值保存在其经典存储模块中；其特征在于，所描述的基于量子纠缠的量子密码锁系统包括如下步骤：
步骤11，初始情况下，在量子密码控制系统和管理员用户的密码生成系统之间，完成纠缠粒子对分配；
步骤12，添加新用户功能；在基于量子纠缠的量子密码锁系统中，只有管理员用户能够在系统中添加新用户；当需要添加新用户时，需要首先对管理员用户拥有的密码生成系统生成的密码进行验证，验证通过后，管理员用户能够添加新的用户，并能够为新用户的密码生成系统完成纠缠粒子分配；
步骤13，开锁功能；在基于量子纠缠的量子密码锁系统中，当用户需要开锁时，用户通过自己拥有的密码生成系统生成数字序列，然后量子密码控制系统对收到的数字序列进行密码验证，验证通过，则开锁成功；验证完成后，在量子密码控制系统和各个用户拥有的密码生成系统之间完成纠缠粒子同步；以便量子密码控制系统的每个量子存储区域中剩余的纠缠粒子数，能够和对应密码生成系统量子存储模块中的剩余纠缠粒子数相同；
在步骤11中，主要包含如下步骤：
步骤111、通过光纤将量子密码控制系统的光纤通信模块和密码生成系统的光纤通信模块连接起来；由量子密码控制系统的量子纠缠对分配模块制备n个纠缠粒子对，表示为AiBi，其中1≤i≤n；每对纠缠粒子对AiBi的纠缠态表示为：，其中；
步骤112、将量子密码控制系统制备得到的n个纠缠粒子Ai存储在量子密码控制系统拥有的量子存储模块的1号量子存储区域中，1号量子存储区域中保存的纠缠粒子可用于开锁和用户管理功能；U的初始值设置为1；
步骤113、量子密码控制系统将制备得到的n个纠缠粒子Bi通过光纤通信模块发送给密码生成系统的光纤通信模块，密码生成系统收到n个纠缠粒子Bi后，将其存储在自己的量子存储模块中；将密码生成系统对应的Y的数值设置为n，将Y的数值保存在密码生成系统的经典存储模块中；
在步骤12中，主要包含如下步骤：
步骤121、管理员用户通过其拥有的密码生成系统的按键模块输入密码生成命令，密码生成系统的微处理器模块收到命令后，从其经典存储模块中读取剩余纠缠粒子数Y，从自己的量子存储模块中取出m个纠缠粒子，将Y的数值减去m，将Y的数值保存在其经典存储模块中；对取出的每个纠缠粒子以和作为基矢进行量子测量，如果测量的结果为，则在其液晶显示模块上显示0；如果测量的结果为，则在其液晶显示模块上显示1；则对m个纠缠粒子完成量子测量后，可以得到m个测量结果，在其液晶显示模块上会得到一个包含m个数字的数字序列，，的数值为0或者1；
步骤122、通过量子密码控制系统的按键模块输入管理员用户得到的数字序列，量子密码控制系统的微处理器模块收到数字序列后，将其存储在自己的经典存储模块中；
步骤123、量子密码控制系统从自己量子存储模块的1号量子存储区域中取出m个纠缠粒子，从量子密码控制系统的经典存储模块中读取剩余纠缠粒子数Z1，将Z1的数值减去m，将Z1的数值保存在量子密码控制系统的经典存储模块中；对取出的每个纠缠粒子以和作为基矢进行量子测量，如果测量的结果为，则在其液晶显示模块上显示0；如果测量的结果为，则在其液晶显示模块上显示1；则对m个纠缠粒子完成量子测量后，可以得到m个测量结果，在其液晶显示模块上会得到一个包含m个数字的数字序列，，的数值为0或者1；
步骤124、量子密码控制系统对数字序列和存储在其经典存储模块中的数字序列进行比较，完成密码验证；如果密码验证通过，则执行步骤125；如果密码验证不通过，则新用户添加失败，执行步骤128；
步骤125、通过光纤连接量子密码控制系统和新的密码生成系统，量子密码控制系统生成n个纠缠粒子对，读取量子密码控制系统经典存储模块中保存的当前用户数U；如果U<V，将生成的n个纠缠粒子对中的n个纠缠粒子保存在量子密码控制系统的第U+1个量子存储区域中，将另外n个纠缠粒子分配给新的量子密码生成系统，将量子密码控制系统经典存储模块中保存的当前用户数U的数值加1，新用户添加成功，执行步骤126；如果U大于等于V，新用户添加失败，执行步骤128；
步骤126、如果需要继续添加新的用户，执行步骤127；如果不需要继续添加新的用户，执行步骤128；
步骤127、如果U<V，执行步骤125；否则，执行步骤128；
步骤128、用户添加结束；
在步骤124中，主要包含如下步骤：
步骤1241、假定，从数字序列中取出第个数字；从数字序列中取出第个数字；执行步骤1242；
步骤1242、从数字序列中取出的数字用A表示，从数字序列中取出的数字用B表示；如果A等于1，B等于0，执行步骤1243；如果A等于0，B等于1，执行步骤1243；如果A、B的数值相等，将k的数值设置为0，执行步骤1244；
步骤1243、如果，则将的数值加1，从数字序列中取出第个数字，从数字序列中取出第个数字，执行步骤1242；如果，将k的数值设置为1，执行步骤1244；
步骤1244、如果k等于1，则密码验证通过；如果k等于0，则密码验证不通过，添加新用户失败。
2.根据权利要求1所述的一种基于量子纠缠的量子密码锁系统，其特征在于，在步骤13中，主要进行如下步骤：
步骤21、用户通过密码生成系统的按键模块输入密码生成命令，密码生成系统的微处理器模块收到命令后，从其经典存储模块中读取剩余纠缠粒子数Y，从自己的量子存储模块中取出m个纠缠粒子，将Y的数值减去m，将Y的数值保存在其经典存储模块中；对取出的每个纠缠粒子以和作为基矢进行量子测量，如果测量的结果为，则在其液晶显示模块上显示0；如果测量的结果为，则在其液晶显示模块上显示1；则对m个纠缠粒子完成量子测量后，可以得到m个测量结果，在其液晶显示模块上会得到一个包含m个数字的数字序列，，的数值为0或者1；
步骤22、通过量子密码控制系统的按键模块输入用户得到的数字序列，量子密码控制系统的微处理器模块收到数字序列后，将其存储在自己的经典存储模块中；
步骤23、将i的数值设置为1，执行步骤24；
步骤24、量子密码控制系统从自己量子存储模块的第i号量子存储区域中取出m个纠缠粒子，从量子密码控制系统的经典存储模块中读取剩余纠缠粒子数Zi，将Zi的数值减去m，将Zi的数值保存在量子密码控制系统的经典存储模块中；对取出的每个纠缠粒子以和作为基矢进行量子测量，如果测量的结果为，则得到的数字为0；如果测量的结果为，则得到的数字为1；则对m个纠缠粒子完成量子测量后，可以得到m个测量结果，能够得到一个包含m个数字的数字序列，，的数值为0或者1；
步骤25、量子密码控制系统对数字序列和存储在其经典存储模块中的数字序列进行比较，完成密码验证；如果密码验证通过，则量子密码锁开锁成功，执行步骤27；如果密码验证不通过，则执行步骤26；
步骤26、读取量子密码控制系统经典存储模块中保存的当前用户数U，如果i的数值等于用户数U，则此次量子密码锁开锁失败，执行步骤27；反之则将i的数值加1，执行步骤24；
步骤27、从量子密码控制系统的经典存储模块中读取第i个量子存储模块中的剩余纠缠粒子数Zi，将Zi的数值通过量子密码控制系统的无线收发模块发送给第i个用户的密码生成系统，无线收发模块通过经典互联网完成数据传送；
步骤28、第i个用户对应的密码生成系统收到的剩余纠缠粒子数的数值用VS表示，从第i个用户对应的密码生成系统的经典存储模块中读取其预先保存的剩余纠缠粒子数Y，如果VS小于Y，从自己的量子存储模块中取出Y-VS个纠缠粒子丢弃，使量子存储模块中剩余的纠缠粒子数等于VS，执行步骤29；如果VS大于等于Y，执行步骤29；
步骤29、如果i大于1，将i的数值减1，执行步骤27；如果i等于1，则量子密码控制系统和每个用户对应的密码生成系统完成纠缠粒子同步；
在步骤25中，主要包含如下步骤：
步骤251、假定，从数字序列中取出第个数字；从数字序列中取出第个数字；执行步骤252；
步骤252、从数字序列中取出的数字用A表示，从数字序列中取出的数字用B表示；如果A等于1，B等于0，执行步骤253；如果A等于0，B等于1，执行步骤253；如果A、B的数值相等，将k的数值设置为0，执行步骤254；
步骤253、如果，则将的数值加1，从数字序列中取出第个数字，从数字序列中取出第个数字，执行步骤252；如果，将k的数值设置为1，执行步骤254；
步骤254、如果k等于1，则密码验证通过；如果k等于0，则密码验证不通过。
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