CN115811400A - 一种手持设备密钥共享方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种手持设备密钥共享方法及系统，第一手持设备和第二手持设备通过量子密钥分发协议实现密钥共享，第二手持设备得到第一手持设备的原始密钥；第二手持设备制备多组EPR纠缠对光子，对于每对光子，第二手持设备留下第一光子，第二光子则发送给第三手持设备，第二手持设备从第一光子的序列中随机挑选数个光子，并随机选择测量基进行测量，然后向第三手持设备通知这些光子在序列中的编号和测量基；第三手持设备通过第二手持设备作为中继与第一手持设备实现密钥共享，解决了对于不相邻的两台手持设备间共享密钥时，采用经典可信中继的方式实现系统中任意终端间的密钥共享的方式在安全性方面存在隐患。
Description
技术领域
本发明涉及量子通信技术领域，尤其涉及一种手持设备密钥共享方法及系统。
背景技术
量子通信是以量子态为信息载体，通过量子态的传送实现量子信息或经典信息传送的技术。量子通信包括多种协议和应用，如量子密钥分发( Quantum KeyDistribution，QKD)、量子隐形传态、量子安全直接通信、量子秘密共享、量子数字签名等。量子保密通信是基于量子通信，利用量子不可分割、量子态不可克隆和量子纠缠等特性保护秘密消息，进而保证信息传送安全的通信方法。量子密钥分发与共享是量子保密通信网络系统的基础。为了拓展应用，量子通信向网络化发展是其必经之路，而在未来很长一段时间内传统的光通信仍然是最主要的通信技术手段之一，在光通信网络上部署量子通信网络，实现量子通信与经典通信的网络融合，对加快量子通信的实用化进程有着重要的现实意义。
目前对于相邻的两台手持设备间共享密钥，可以采用量子密钥分发技术作为密钥分配方式。但对于不相邻的两台手持设备间共享密钥，根据应用需要采用经典可信中继的方式实现系统中任意终端间的密钥共享，但可信中继的方式在安全性方面存在隐患。因此，有必要提出一种手持设备密钥共享方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种手持设备密钥共享方法及系统，以解决对于不相邻的两台手持设备间共享密钥，根据应用需要采用经典可信中继的方式实现系统中任意终端间的密钥共享，但可信中继的方式在安全性方面存在隐患的问题。
第一方面，本发明提供一种手持设备密钥共享方法，包括：
第一手持设备和第二手持设备通过量子密钥分发协议实现密钥共享，第二手持设备和第一手持设备为相邻设备，第二手持设备得到第一手持设备的原始密钥；
第二手持设备制备多组EPR 纠缠对光子，对于每对光子，第二手持设备留下第一光子，第二光子则发送给第三手持设备，第三手持设备和第一手持设备不相邻，第三手持设备和第二手持设备相邻；
第二手持设备从第一光子的序列中随机挑选数个光子，并随机选择测量基进行测量，然后向第三手持设备通知这些光子在序列中的编号和测量基；
第三手持设备接到第二手持设备的通知后，按照正确的测量基依次测量对应编号的第二光子的量子态，第三手持设备和第二手持设备公开比较测量结果，如果测量结果符合信道安全规律，则表明信道安全，剩余的数组EPR纠缠态光子用于量子密钥的中继；
第二手持设备根据原始密钥按照测量规则随机使用测量基测量第一光子序列；
第二手持设备在测量后，仅通知第三手持设备随机选用的测量基，第三手持设备采用同样的基测量第二光子的序列的量子态，测量结果记录为二进制代码，所述二进制代码为需要向第三手持设备共享的秘钥。
进一步地，第一手持设备和第二手持设备通过量子密钥分发协议实现密钥共享的步骤中，第一手持设备和第二手持设备通过BB84量子密钥分发协议实现密钥共享。
进一步地，所述信道安全规律包括：
如果没有攻击存在，若第二手持设备的测量结果为|0〉态，则第三手持设备上对应的第二光子的量子态也必然塌缩为|0〉态。
进一步地，所述信道安全规律还包括：若第二手持设备对第一光子的测量结果为|1〉态，则第二光子的量子态也必然为| 1〉态。
进一步地，所述信道安全规律还包括：若第二手持设备对第一光子的测量结果为|+〉态，则第二光子的量子态也必然为|+〉态；
进一步地，所述信道安全规律还包括：若第二手持设备对第一光子的测量结果为|－〉态，则第二光子的量子态也必然为|－〉态。
第二方面，本发明提供一种手持设备密钥共享系统，包括：第一手持设备、第二手持设备以及第三手持设备，第二手持设备和第一手持设备为相邻设备，第三手持设备和第一手持设备不相邻，第三手持设备和第二手持设备相邻；
所述第一手持设备，用于和第二手持设备通过量子密钥分发协议实现密钥共享；
所述第二手持设备，用于得到第一手持设备的原始密钥；制备多组EPR 纠缠对光子，对于每对光子，第二手持设备留下第一光子，第二光子则发送给第三手持设备；第二手持设备从第一光子的序列中随机挑选数个光子，并随机选择测量基进行测量，然后向第三手持设备通知这些光子在序列中的编号和测量基；
所述第三手持设备，用于接到第二手持设备的通知后，按照正确的测量基依次测量对应编号的第二光子的量子态，第三手持设备和第二手持设备公开比较测量结果，如果测量结果符合信道安全规律，则表明信道安全，剩余的数组EPR纠缠态光子用于量子密钥的中继；
所述第二手持设备，还用于根据原始密钥按照测量规则随机使用测量基测量第一光子序列；在测量后，仅通知第三手持设备随机选用的测量基，第三手持设备采用同样的基测量第二光子的序列的量子态，测量结果记录为二进制代码，所述二进制代码为需要向第三手持设备共享的秘钥。
本发明的有益效果如下：本发明提供的一种手持设备密钥共享方法及系统，第二手持设备和第一手持设备为相邻设备，第三手持设备和第一手持设备不相邻，第三手持设备和第二手持设备相邻；第一手持设备和第二手持设备通过量子密钥分发协议实现密钥共享，第二手持设备得到第一手持设备的原始密钥；第二手持设备制备多组EPR 纠缠对光子，对于每对光子，第二手持设备留下第一光子，第二光子则发送给第三手持设备，第二手持设备从第一光子的序列中随机挑选数个光子，并随机选择测量基进行测量，然后向第三手持设备通知这些光子在序列中的编号和测量基；第三手持设备接到第二手持设备的通知后，按照正确的测量基依次测量对应编号的第二光子的量子态，第三手持设备和第二手持设备公开比较测量结果，如果测量结果符合信道安全规律，则表明信道安全，剩余的数组EPR纠缠态光子用于量子密钥的中继；第二手持设备根据原始密钥按照测量规则随机使用测量基测量第一光子序列；第二手持设备在测量后，仅通知第三手持设备随机选用的测量基，第三手持设备采用同样的基测量第二光子的序列的量子态，测量结果记录为二进制代码，所述二进制代码为需要向第三手持设备共享的秘钥，第三手持设备通过第二手持设备作为中继与第一手持设备实现密钥共享，解决了对于不相邻的两台手持设备间共享密钥时，采用经典可信中继的方式实现系统中任意终端间的密钥共享的方式在安全性方面存在的隐患。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的一种手持设备密钥共享方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
请参阅图1，本发明提供一种手持设备密钥共享方法，包括：
S101，第一手持设备和第二手持设备通过量子密钥分发协议实现密钥共享，第二手持设备和第一手持设备为相邻设备，第二手持设备得到第一手持设备的原始密钥。
在本实施例中，第一手持设备和第二手持设备通过BB84量子密钥分发协议实现密钥共享。
S102，第二手持设备制备多组EPR 纠缠对光子，对于每对光子，第二手持设备留下第一光子，第二光子则发送给第三手持设备，第三手持设备和第一手持设备不相邻，第三手持设备和第二手持设备相邻。
S103，第二手持设备从第一光子的序列中随机挑选数个光子，并随机选择测量基进行测量，然后向第三手持设备通知这些光子在序列中的编号和测量基。
S104，第三手持设备接到第二手持设备的通知后，按照正确的测量基依次测量对应编号的第二光子的量子态，第三手持设备和第二手持设备公开比较测量结果，如果测量结果符合信道安全规律，则表明信道安全，剩余的数组EPR纠缠态光子用于量子密钥的中继。
在本实施例中，所述信道安全规律包括：如果没有攻击存在，若第二手持设备的测量结果为|0〉态，则第三手持设备上对应的第二光子的量子态也必然塌缩为|0〉态。若第二手持设备对第一光子的测量结果为| 1〉态，则第二光子的量子态也必然为| 1〉态。若第二手持设备对第一光子的测量结果为|+〉态，则第二光子的量子态也必然为|+〉态；若第二手持设备对第一光子的测量结果为|－〉态，则第二光子的量子态也必然为|－〉态。
S105，第二手持设备根据原始密钥按照测量规则随机使用测量基测量第一光子序列。
S106，第二手持设备在测量后，仅通知第三手持设备随机选用的测量基，第三手持设备采用同样的基测量第二光子的序列的量子态，测量结果记录为二进制代码，所述二进制代码为需要向第三手持设备共享的秘钥。
假设有人试图通过截获EPR对中的一个光子，测量它得到有用信息，然后将它或一个替代光子再重新发送给接收者，但其不知道发送者采用的是哪种测量基，因此测量不仅得不到任何有用信息，而且会破坏 EPR纠缠对的相干性而被检测出来。
本发明实施例还提供一种手持设备密钥共享系统，包括：第一手持设备、第二手持设备以及第三手持设备，第二手持设备和第一手持设备为相邻设备，第三手持设备和第一手持设备不相邻，第三手持设备和第二手持设备相邻。
第一手持设备，用于和第二手持设备通过量子密钥分发协议实现密钥共享。第二手持设备，用于得到第一手持设备的原始密钥。制备多组EPR 纠缠对光子，对于每对光子，第二手持设备留下第一光子，第二光子则发送给第三手持设备。第二手持设备从第一光子的序列中随机挑选数个光子，并随机选择测量基进行测量，然后向第三手持设备通知这些光子在序列中的编号和测量基。第三手持设备，用于接到第二手持设备的通知后，按照正确的测量基依次测量对应编号的第二光子的量子态，第三手持设备和第二手持设备公开比较测量结果，如果测量结果符合信道安全规律，则表明信道安全，剩余的数组EPR纠缠态光子用于量子密钥的中继。第二手持设备，还用于根据原始密钥按照测量规则随机使用测量基测量第一光子序列。在测量后，仅通知第三手持设备随机选用的测量基，第三手持设备采用同样的基测量第二光子的序列的量子态，测量结果记录为二进制代码，二进制代码为需要向第三手持设备共享的秘钥。
本发明解决了对于不相邻的两台手持设备间共享密钥时，采用经典可信中继的方式实现系统中任意终端间的密钥共享的方式在安全性方面存在的隐患。采用量子密钥中继协议，可以使不相邻的两台终端间共享密钥，从而实现互联网中任意终端间的量子密钥共享。借助于量子密钥及量子加密算法，系统用户可以在任意终端间实现无安全的数据传输。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、 “第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种手持设备密钥共享方法，其特征在于，包括：
第一手持设备和第二手持设备通过量子密钥分发协议实现密钥共享，第二手持设备和第一手持设备为相邻设备，第二手持设备得到第一手持设备的原始密钥；
第二手持设备制备多组EPR 纠缠对光子，对于每对光子，第二手持设备留下第一光子，第二光子则发送给第三手持设备，第三手持设备和第一手持设备不相邻，第三手持设备和第二手持设备相邻；
第二手持设备从第一光子的序列中随机挑选数个光子，并随机选择测量基进行测量，然后向第三手持设备通知这些光子在序列中的编号和测量基；
第三手持设备接到第二手持设备的通知后，按照正确的测量基依次测量对应编号的第二光子的量子态，第三手持设备和第二手持设备公开比较测量结果，如果测量结果符合信道安全规律，则表明信道安全，剩余的数组EPR纠缠态光子用于量子密钥的中继；
第二手持设备根据原始密钥按照测量规则随机使用测量基测量第一光子序列；
第二手持设备在测量后，仅通知第三手持设备随机选用的测量基，第三手持设备采用同样的基测量第二光子的序列的量子态，测量结果记录为二进制代码，所述二进制代码为需要向第三手持设备共享的秘钥。
2.根据权利要求1所述的一种手持设备密钥共享方法，其特征在于，第一手持设备和第二手持设备通过量子密钥分发协议实现密钥共享的步骤中，第一手持设备和第二手持设备通过BB84量子密钥分发协议实现密钥共享。
3.根据权利要求1所述的一种手持设备密钥共享方法，其特征在于，所述信道安全规律包括：
如果没有攻击存在，若第二手持设备的测量结果为|0〉态，则第三手持设备上对应的第二光子的量子态也必然塌缩为|0〉态。
4.根据权利要求3所述的一种手持设备密钥共享方法，其特征在于，所述信道安全规律还包括：若第二手持设备对第一光子的测量结果为| 1〉态，则第二光子的量子态也必然为|1〉态。
5.根据权利要求4所述的一种手持设备密钥共享方法，其特征在于，所述信道安全规律还包括：若第二手持设备对第一光子的测量结果为|+〉态，则第二光子的量子态也必然为|+〉态。
6.根据权利要求5所述的一种手持设备密钥共享方法，其特征在于，所述信道安全规律还包括：若第二手持设备对第一光子的测量结果为|－〉态，则第二光子的量子态也必然为|－〉态。
7.一种手持设备密钥共享系统，其特征在于，包括：第一手持设备、第二手持设备以及第三手持设备，第二手持设备和第一手持设备为相邻设备，第三手持设备和第一手持设备不相邻，第三手持设备和第二手持设备相邻；
所述第一手持设备，用于和第二手持设备通过量子密钥分发协议实现密钥共享；
所述第二手持设备，用于得到第一手持设备的原始密钥；制备多组EPR 纠缠对光子，对于每对光子，第二手持设备留下第一光子，第二光子则发送给第三手持设备；第二手持设备从第一光子的序列中随机挑选数个光子，并随机选择测量基进行测量，然后向第三手持设备通知这些光子在序列中的编号和测量基；
所述第三手持设备，用于接到第二手持设备的通知后，按照正确的测量基依次测量对应编号的第二光子的量子态，第三手持设备和第二手持设备公开比较测量结果，如果测量结果符合信道安全规律，则表明信道安全，剩余的数组EPR纠缠态光子用于量子密钥的中继；
所述第二手持设备，还用于根据原始密钥按照测量规则随机使用测量基测量第一光子序列；在测量后，仅通知第三手持设备随机选用的测量基，第三手持设备采用同样的基测量第二光子的序列的量子态，测量结果记录为二进制代码，所述二进制代码为需要向第三手持设备共享的秘钥。
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