CN112929338A - 防止量子2-1不经意传输协议接收方不正当测量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种防止量子2‑1不经意传输协议接收方不正当测量的方法，涉及密码学协议的技术领域，解决了传统应用量子2‑1不经意传输协议时，信息接收方通过不正当测量的方式获取了所有数据信息，违背协议要求的问题，信息发送方将冗余信息序列插入混合后的一对消息中，并告知信息接收方冗余信息序列，要求其测量后返回冗余信息序列的插入位置，若信息接收方延迟测量，则无法得知冗余信息序列的位置，因此，信息接收方仅能在测量阶段完成测量才能正确返回，避免了接收方不正当测量手段导致的数据信息传输泄露的不良后果，响应了协议要求，提高了数据信息传输的安全性与隐私性。

Description

防止量子2-1不经意传输协议接收方不正当测量的方法
技术领域
本发明涉及密码学协议的技术领域，更具体地，涉及一种防止量子2-1不经意传输协议接收方式不正当测量的方法。
背景技术
密码学在当今的政治、经济、军事和日常生活中起着越来越重要的作用，不经意传输协议是设计一些重要密码协议的基础，为密码学的一个基本元件，是指协议参与方以一种模糊化的方式传递消息，从而有效的保护参与方的隐私，主要包括信息发送方Alice与信息接收方Bob。
2-1不经意传输协议要求发送方Alice将一对消息(m0,m1)发送给接收方。接收方Bob选择接收(m0,m1)中的一条消息。在协议的最后，Bob得到选择的消息但是不知道另一条消息，Alice不知道Bob接收了哪一条消息。假设消息m由n比特表示，若m的编码正交基为+正交基，那么如果信息接收方使用+正交基测量消息m，可以准确得到m；如果使用×正交基测量消息m，只有1/2n的概率得到m，反之亦然。
1986年，Crepeau等人在Procedings of Advances in Cryptology Crypto 86中公开了All-or-nothing disclosure of secrets的文章，明确了信息发送方Alice输入N个数据X1，X2,…,XN，信息发送方Alice想和信息接收方Bob共享其中一个数据，不想信息接收方Bob得到除共享数据外的其它数据时应当满足的协议要求，但该方案不能防止信息接收方Bob采取不正当测量的方式测量数据信息，若信息接收方Bob采取不正当测量，如延迟测量或使用不同的正交基测量时，则可以得到所有数据信息，这是违背协议要求的，无法保证参与方的隐私性。
发明内容
为解决传统应用量子2-1不经意传输协议时，信息接收方通过不正当测量的方式获取了所有数据信息，违背协议要求的问题，本发明提出一种防止量子2-1不经意传输协议接收方式不正当测量的方法，响应协议要求，提高数据信息传输的安全性与隐私性。
为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：
一种防止量子2-1不经意传输协议接收方不正当测量的方法，至少包括：
S1.确定信息发送方为Alice，信息接收方为Bob；
S2.Alice分别使用+正交基和×正交基编码消息m0和消息m1，得到编码后的消息M0和消息M1；
S3.Alice分别向消息M0和消息M1中插入冗余信息x，得到量子比特序列(M0,x)和量子比特序列(M1,x)；
S4.Alice将(M0,x)和(M1,x)随机混合得到Mx，设y为yiyi＇组合的冗余信息序列，Alice将y插入Mx得到Mxy；
S5.Alice将Mxy通过量子信道发送至Bob，并告知Bob冗余信息序列yi，Bob随机选择+正交基或×正交基测量Mxy，在Mxy的测量结果中查找并返回冗余信息序列yi的插入位置；
S6.Alice判断Bob返回冗余信息序列yi的插入位置和冗余信息序列yi的实际插入位置是否相同，若是，Alice与Bob之间的量子2-1不经意传输协议继续执行，并执行步骤S7；否则，Alice与Bob之间的量子2-1不经意传输协议终止；
S7.Alice告知Bob量子比特序列(M0,x)和量子比特序列(M1,x)中冗余信息x的插入位置，要求Bob随机返回两个位置的值，两个位置的值设为x0和x1；
S8.Alice判断Bob返回的x0和x1中是否至少有一个和冗余信息x的插入位置相同，若是，Alice与Bob之间的量子2-1不经意传输协议继续执行，执行步骤S9；否则，Alice与Bob之间的量子2-1不经意传输协议终止；
S9.Alice通过经典信道，将Mxy中m0和m1的位置告知Bob。
Alice通过量子2-1不经意传输协议传输的一对消息(m0,m1)中的每一条均通过各自的正交基编码，Bob并不知晓，但Bob若采用延迟测量或使用不同的正交基测量时，则可以得知全部的消息，因此，在本技术方案中，将冗余信息序列插入混合后的一对消息中，Alice告知Bob冗余信息序列并要求Bob返回冗余信息序列的插入位置，若Bob延迟测量，则无法得知冗余信息序列的位置，也就无法返回，若想正确返回，Bob仅能在测量阶段完成测量，避免了接收方不正当测量手段导致的数据信息传输泄露的不良后果；另外，将一对消息混合前插入的冗余信息告知Bob，若Bob返回的x0和x1中和冗余信息x均不相同，则表明Bob使用不同的正交基测量导致无法返回至少一个正确的插入值，意欲强行获取Alice发送的所有消息，则为防止隐私泄露，量子2-1不经意传输协议终止，响应了协议要求，提高了数据信息传输的安全性与隐私性。
优选地，步骤S3中插入消息M0的冗余信息x的编码正交基和消息m0的编码正交基相同，均为+正交基；插入消息M1的冗余信息x的编码正交基和消息m1的编码正交基相同，均为×正交基，保证了若后续信息接收方Bob正常非不正当测量，其能在测量之后，正确返回冗余信息x的插入位置，确保本方案所提方法的有效性。
优选地，步骤S3所述量子比特序列(M0,x)表示为
Figure BDA0002909178750000031
量子比特序列(M1,x)表示为
Figure BDA0002909178750000032
其中，n0表示量子比特序列(M0,x)的长度，n1表示量子比特序列(M1,x)的长度，随机混合后得到Mx的表达式为：
Figure BDA0002909178750000033
优选地，yiyi＇组合的冗余信息序列y的表达式为：
Figure BDA0002909178750000035
其中，
Figure BDA0002909178750000034
yi＝yi',i＝0,…,ny-1，序列yi中yi的编码正交基和消息m0的编码正交基相同，均为+正交基；序列yi＇中yi'的编码正交基和消息m1的编码正交基相同，均为×正交基，保证了若后续信息接收方Bob正常非延迟测量，其能在测量之后，正确返回冗余信息序列的插入位置，确保本方案所提方法的有效性。
优选地，yiyi＇组合的冗余信息序列y插入Mx的位置为奇数位。
优选地，yiyi＇组合的冗余信息序列y插入Mx的位置还插入了与冗余信息序列y不同的冗余信息r。
在此，由于Mx中可能存在和y相同的序列，所以需要在冗余信息序列y插入Mx的位置插入不同于冗余信息序列y的冗余信息以作区别。
优选地，步骤S5中，当Bob计划接收消息m0时，选择+正交基测量Mxy；当Bob计划接收消息m1时，选择×正交基测量Mxy。
优选地，Bob在Mxy的测量结果中查找到冗余信息序列yi的插入位置时采用间隔查找的方法。
在此，由于冗余信息序列y的表达式为：
Figure BDA0002909178750000036
因此，Bob在Mxy的测量结果中查找到冗余信息序列
Figure BDA0002909178750000037
的插入位置时采用间隔查找。
优选地，设Bob在Mxy的测量结果中查找到冗余信息序列yi的插入位置为pos，在步骤S5中，若Bob在Mxy的测量结果中查找到冗余信息序列yi的插入位置pos为奇数位，则Bob返回pos；若Bob在Mxy的测量结果中查找到冗余信息序列yi的插入位置pos为偶数位，则Bob返回pos-1。
优选地，步骤S7中Bob随机返回x0和x1时，无先后顺序，因为根据量子2-1不经意传输协议，Alice事先不知道哪个为x0，哪个为x1。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明提出了一种防止量子2-1不经意传输协议接收方不正当测量的方法，信息发送方将冗余信息序列插入混合后的一对消息中，并告知信息接收方冗余信息序列，要求其测量后返回冗余信息序列的插入位置，若信息接收方延迟测量，则无法得知冗余信息序列的位置，因此，信息接收方仅能在测量阶段完成测量才能正确返回，避免了接收方不正当测量手段导致的数据信息传输泄露的不良后果，响应了协议要求，提高了数据信息传输的安全性与隐私性。
附图说明
图1表示本发明实施例中提出的防止量子2-1不经意传输协议接收方不正当测量的方法的流程示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好地说明本实施例，附图某些部位会有省略、放大或缩小，并不代表实际尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知内容说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
如图1所示的防止量子2-1不经意传输协议接收方不正当测量的方法的流程示意图，所述方法包括：
S1.确定信息发送方为Alice，信息接收方为Bob；
S2.Alice分别使用+正交基和×正交基编码消息m0和消息m1，得到编码后的消息M0和消息M1；
S3.Alice分别向消息M0和消息M1中插入冗余信息x，得到量子比特序列(M0,x)和量子比特序列(M1,x)；插入消息M0的冗余信息x的编码正交基和消息m0的编码正交基相同，均为+正交基；插入消息M1的冗余信息x的编码正交基和消息m1的编码正交基相同，均为×正交基，保证了若后续信息接收方Bob正常非不正当测量，其能在测量之后，正确返回冗余信息x的插入位置，确保本方案所提方法的有效性。
S4.Alice将(M0,x)和(M1,x)随机混合得到Mx，设y为yiyi＇组合的冗余信息序列，Alice将y插入Mx得到Mxy；因为(M0,x)和(M1,x)均是量子比特序列，所以(M0,x)可表示为
Figure BDA0002909178750000051
(M1,x)可表示为
Figure BDA0002909178750000052
其中，n0表示量子比特序列(M0,x)的长度，n1表示量子比特序列(M1,x)的长度，作为一种具体的实施方式，随机混合后得到Mx的表达式为：
Figure BDA0002909178750000053
yiyi＇组合的冗余信息序列y的表达式为：
Figure BDA0002909178750000056
其中，
Figure BDA0002909178750000057
yi＝yi',i＝0,…,ny-1，序列yi中yi的编码正交基和消息m0的编码正交基相同，均为+正交基；序列yi＇中yi'的编码正交基和消息m1的编码正交基相同，均为×正交基，保证了若后续信息接收方Bob正常非延迟测量，其能在测量之后，正确返回冗余信息序列的插入位置，yiyi＇组合的冗余信息序列y插入Mx的位置为奇数位，如在Mx的奇数位插入，Mx的表达式为：
Figure BDA0002909178750000054
那么插入后的Mxy的表达式为：
Figure BDA0002909178750000055
由于Mx中可能存在和y相同的序列，所以需要在冗余信息序列y插入Mx的位置插入不同于冗余信息序列y的冗余信息以作区别。
S5.Alice将Mxy通过量子信道发送至Bob，并告知Bob冗余信息序列yi，Bob随机选择+正交基或×正交基测量Mxy，在Mxy的测量结果中查找并返回冗余信息序列yi的插入位置；当Bob计划接收消息m0时，选择+正交基测量Mxy；当Bob计划接收消息m1时，选择×正交基测量Mxy；
设Bob在Mxy的测量结果中查找到冗余信息序列yi的插入位置为pos，若Bob在Mxy的测量结果中查找到冗余信息序列yi的插入位置pos为奇数位，则Bob返回pos；若Bob在Mxy的测量结果中查找到冗余信息序列yi的插入位置pos为偶数位，则Bob返回pos-1；此外，由于冗余信息序列y的表达式为：
Figure BDA0002909178750000061
因此，Bob在Mxy的测量结果中查找到冗余信息序列
Figure BDA0002909178750000062
的插入位置时采用间隔查找。
S6.Alice判断Bob返回冗余信息序列yi的插入位置和冗余信息序列yi的实际插入位置是否相同，若是，Alice与Bob之间的量子2-1不经意传输协议继续执行，并执行步骤S7；否则，Alice与Bob之间的量子2-1不经意传输协议终止；
S7.Alice告知Bob量子比特序列(M0,x)和量子比特序列(M1,x)中冗余信息x的插入位置，要求Bob随机返回两个位置的值，两个位置的值设为x0和x1；在实际实施时，Bob随机返回x0和x1时，无先后顺序，因为根据量子2-1不经意传输协议，Alice事先不知道哪个为x0，哪个为x1。
S8.Alice判断Bob返回的x0和x1中是否至少有一个和冗余信息x的插入位置相同，若是，Alice与Bob之间的量子2-1不经意传输协议继续执行，执行步骤S9；否则，Alice与Bob之间的量子2-1不经意传输协议终止；
S9.Alice通过经典信道，将Mxy中m0和m1的位置告知Bob。
附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防止量子2-1不经意传输协议接收方不正当测量的方法，其特征在于，至少包括：
S1.确定信息发送方为Alice，信息接收方为Bob；
S2.Alice分别使用+正交基和×正交基编码消息m0和消息m1，得到编码后的消息M0和消息M1；
S3.Alice分别向消息M0和消息M1中插入冗余信息x，得到量子比特序列(M0,x)和量子比特序列(M1,x)；
S4.Alice将(M0,x)和(M1,x)随机混合得到Mx，设y为yiy＇i组合的冗余信息序列，Alice将y插入Mx得到Mxy；
S5.Alice将Mxy通过量子信道发送至Bob，并告知Bob冗余信息序列yi，Bob随机选择+正交基或×正交基测量Mxy，在Mxy的测量结果中查找并返回冗余信息序列yi的插入位置；
S6.Alice判断Bob返回冗余信息序列yi的插入位置和冗余信息序列yi的实际插入位置是否相同，若是，Alice与Bob之间的量子2-1不经意传输协议继续执行，并执行步骤S7；否则，Alice与Bob之间的量子2-1不经意传输协议终止；
S7.Alice告知Bob量子比特序列(M0,x)和量子比特序列(M1,x)中冗余信息x的插入位置，要求Bob随机返回两个位置的值，两个位置的值设为x0和x1；
S8.Alice判断Bob返回的x0和x1中是否至少有一个和冗余信息x相同，若是，Alice与Bob之间的量子2-1不经意传输协议继续执行，执行步骤S9；否则，Alice与Bob之间的量子2-1不经意传输协议终止；
S9.Alice通过经典信道，将Mxy中m0和m1的位置告知Bob。
2.根据权利要求1所述的防止量子2-1不经意传输协议接收方不正当测量的方法，其特征在于，步骤S3中插入消息M0的冗余信息x的编码正交基和消息m0的编码正交基相同，均为+正交基；插入消息M1的冗余信息x的编码正交基和消息m1的编码正交基相同，均为×正交基。
3.根据权利要求2所述的防止量子2-1不经意传输协议接收方不正当测量的方法，其特征在于，步骤S3所述量子比特序列(M0,x)表示为
Figure FDA0002909178740000011
量子比特序列(M1,x)表示为
Figure FDA0002909178740000012
其中，n0表示量子比特序列(M0,x)的长度，n1表示量子比特序列(M1,x)的长度，随机混合后得到Mx的表达式为：
Figure FDA0002909178740000021
4.根据权利要求1所述的防止量子2-1不经意传输协议接收方不正当测量的方法，其特征在于，yiyi＇组合的冗余信息序列y的表达式为：
Figure FDA0002909178740000022
其中，
Figure FDA0002909178740000023
yi＝yi',i＝0,...,ny-1，序列yi中yi的编码正交基和消息m0的编码正交基相同，均为+正交基；序列yi＇中yi'的编码正交基和消息m1的编码正交基相同，均为×正交基。
5.根据权利要求4所述的防止量子2-1不经意传输协议接收方不正当测量的方法，其特征在于，yiyi＇组合的冗余信息序列y插入Mx的位置为奇数位。
6.根据权利要求5所述的防止量子2-1不经意传输协议接收方不正当测量的方法，其特征在于，yiyi＇组合的冗余信息序列y插入Mx的位置还插入了与冗余信息序列y不同的冗余信息r。
7.根据权利要求1所述的防止量子2-1不经意传输协议接收方不正当测量的方法，其特征在于，步骤S5中，当Bob计划接收消息m0时，选择+正交基测量Mxy；当Bob计划接收消息m1时，选择×正交基测量Mxy。
8.根据权利要求7所述的防止量子2-1不经意传输协议接收方不正当测量的方法，其特征在于，Bob在Mxy的测量结果中查找到冗余信息序列yi的插入位置时采用间隔查找的方法。
9.根据权利要求8所述的防止量子2-1不经意传输协议接收方不正当测量的方法，其特征在于，设Bob在Mxy的测量结果中查找到冗余信息序列yi的插入位置为pos，在步骤S5中，若Bob在Mxy的测量结果中查找到冗余信息序列yi的插入位置pos为奇数位，则Bob返回pos；若Bob在Mxy的测量结果中查找到冗余信息序列yi的插入位置pos为偶数位，则Bob返回pos-1。
10.根据权利要求9所述的防止量子2-1不经意传输协议接收方不正当测量的方法，其特征在于，步骤S7中Bob随机返回x0和x1时，无先后顺序。
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