CN115913538A - 量子对称加密密钥的搜索方法、装置、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种量子对称加密密钥的搜索方法、装置、设备及介质。该方法基于H门和旋转门将初始量子态转化为初始密钥叠加态，使用基态编码对明文进行编码得到明文量子态，使用预设的对称加密算法构建的量子加密电路加密明文量子态得到密文量子态，根据测量密文量子态的结果和明文的真实密文构建损失函数，调节初始旋转门的旋转角度参数使损失函数满足预设条件，确定此时旋转门的旋转角度参数，结合H门将初始量子态转换为搜索密钥叠加态，确定测量搜索密钥叠加态的结果中出现次数最多的密钥为搜索得到的密钥，实现通过量子计算的方式加密和测量，并使用损失函数的方式优化参数，降低了量子计算的复杂程度和对量子资源的占用。

Description

量子对称加密密钥的搜索方法、装置、设备及介质

技术领域

本申请适用于量子计算技术领域，尤其涉及一种量子对称加密密钥的搜索方法、装置、设备及介质。

背景技术

目前，随着互联网技术的蓬勃发展，人们的日常社交、信息传递、购物等均可在网络空间完成，而这一过程目前使用如高级加密标准(Advanced Encryption Standard，AES)、数据加密标准(Data Encryption Standard，DES)、RSA等加密算法，以保护人们的私密信息如支付密码不被窃取。但是，考虑到量子计算与量子信息理论与技术的快速发展，可以通过量子算法来搜索一些加密算法的密钥，对加密算法的被破解的可能性的研究成为一研究方向。

现有的经典和量子搜索对称加密密钥的技术，主要分为如下三种，分别为：

1、穷举搜索，即将所有可能的密钥使用加密算法一个个尝试去进行加密，与密文一致的即为用户使用的密钥；2、基于格罗弗(Grover)的量子搜索，通过构造Grover oracle电路，并进行多次Grover迭代从而搜索密钥；3、基于变分量子本征值求解器(VQE)的搜索，通过构造密文对应的哈密顿量H，使用VQE求解得到H的基态能量，并对此时的电路进行测量，测量结果对应密钥，其中，VQE使用的损失函数为电路最终的量子态与H的期望值，损失函数的作用主要是为了更新电路中的可变参数。针对穷举搜索而言，搜索次数较大，对经典资源消耗较大；针对基于Grover的量子搜索，通常n位(bit)密钥需要

次搜索，以AES-128为例，n＝128，构造相应的量子电路至少需要800个量子比特(qubit)，且电路深度较深，即需要的量子门数量较多，消耗的量子资源较多；针对基于VQE的搜索，n位密钥和明文，通常需要2n个量子比特构造变分电路，但使用的变分电路较为复杂，且构造哈密顿量H的过程较为复杂，最终搜索的形式也较为复杂。因此，如何保证在保证搜索密钥占用量子资源较低的情况下，降低搜索过程构建的复杂程度，从而提高搜索的效率成为亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种量子对称加密密钥的搜索方法、装置、设备及介质，以解决如何保证在保证搜索密钥占用量子资源较低的情况下，降低搜索过程构建的复杂程度，从而提高搜索的效率的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种量子对称加密密钥的搜索方法，所述搜索方法包括：

基于H门和初始旋转门将初始量子态转化为初始密钥叠加态，使用基态编码对明文进行编码得到明文量子态；

基于所述初始密钥叠加态，使用预设的对称加密算法构建的量子加密电路对所述明文量子态进行量子加密，得到对应的密文量子态，对所述密文量子态进行测量，得到第一测量结果；

根据所述第一测量结果和所述明文对应的真实密文构建损失函数，基于所述损失函数对所述初始旋转门的旋转角度参数进行调节，使得所述损失函数满足预设条件；

基于所述损失函数满足预设条件时所述初始旋转门的旋转角度参数和H门，将所述初始量子态转换为搜索密钥叠加态，对所述搜索密钥叠加态进行测量，得到第二测量结果，确定所述第二测量结果中出现次数最多的密钥为搜索得到的密钥。

第二方面，本申请实施例提供一种量子对称加密密钥的搜索装置，所述搜索装置包括：

量子态转化模块，用于基于H门和初始旋转门将初始量子态转化为初始密钥叠加态，使用基态编码对明文进行编码得到明文量子态；

量子加密测量模块，用于基于所述初始密钥叠加态，使用预设的对称加密算法构建的量子加密电路对所述明文量子态进行量子加密，得到对应的密文量子态，对所述密文量子态进行测量，得到第一测量结果；

角度参数调节模块，用于根据所述第一测量结果和所述明文对应的真实密文构建损失函数，基于所述损失函数对所述初始旋转门的旋转角度参数进行调节，使得所述损失函数满足预设条件；

密钥搜索模块，用于基于所述损失函数满足预设条件时所述初始旋转门的旋转角度参数和H门，将所述初始量子态转换为搜索密钥叠加态，对所述搜索密钥叠加态进行测量，得到第二测量结果，确定所述第二测量结果中出现次数最多的密钥为搜索得到的密钥。

第三方面，本申请实施例提供一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所述的搜索方法。

第四方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的搜索方法。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本申请基于H门和初始旋转门将初始量子态转化为初始密钥叠加态，使用基态编码对明文进行编码得到明文量子态，基于初始密钥叠加态，使用预设的对称加密算法构建的量子加密电路对明文量子态进行量子加密，得到对应的密文量子态，对密文量子态进行测量，得到第一测量结果，根据第一测量结果和明文对应的真实密文构建损失函数，基于损失函数对初始旋转门的旋转角度参数进行调节，使得损失函数满足预设条件，基于损失函数满足预设条件时初始旋转门的旋转角度参数和H门，将初始量子态转换为搜索密钥叠加态，对搜索密钥叠加态进行测量，得到第二测量结果，确定第二测量结果中出现次数最多的密钥为搜索得到的密钥，实现通过量子计算的方式进行加密和测量，并使用损失函数的方式进行优化，降低了量子计算的复杂程度和对量子资源的占用，有助于提高密钥搜索的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是本申请一实施例提供的一种量子对称加密密钥的搜索方法的流程示意图；

图2是本申请一实施例提供的一种量子对称加密密钥的搜索方法的交互示意图；

图3是本申请一实施例提供的一种量子对称加密密钥的搜索方法的验证的交互示意图；

图4是本申请一实施例提供的一种量子对称加密密钥的搜索装置的结构示意图；

图5是本申请一实施例提供的一种计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

应理解，以下实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

为了说明本申请的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

参见图1，是本申请实施例一提供的一种量子对称加密密钥的搜索方法的流程示意图，如图1所示，该量子对称加密密钥的搜索方法可以包括以下步骤：

步骤S101，基于H门和初始旋转门将初始量子态转化为初始密钥叠加态，使用基态编码对明文进行编码得到明文量子态。

本申请中，H门是指Hadamard门，是能够将基态变为叠加态的量子逻辑门。旋转门可以是指R_y(θ)门或能使量子态|0>和|1>相互转换的单量子比特旋转门，初始旋转门中θ表示具备一个初始旋转角，该初始旋转角可以为0或者随机选取。

在量子计算机中的变分电路模块中形成量子电路，在量子电路上放置H门和初始旋转门，量子电路的输入即为初始量子态，该初始量子态默认为为|0>，该量子电路的输出即为初始密钥叠加态，本申请中将该量子电路的量子比特个数设置等于密钥的比特数，即针对n bit的密钥，对应设置n量子比特的量子电路。

基态编码(basis encoding)即为将非量子形式的数据表达为量子形式，即表达为量子态，对于明文x使用基态编码得到其量子态|x>，若x＝101，则|x>＝|101>。同样地，在量子计算机中的变分电路模块中形成量子电路，在量子电路上设置基态编码逻辑，该量子电路输入明文，输出即为明文量子态，本申请中将该量子电路的量子比特个数设置等于密钥的比特数，即针对n bit的明文，对应设置n量子比特的量子电路。

在一实施方式中，基于H门和初始旋转门将初始量子态转化为初始密钥叠加态，使用基态编码对明文进行编码得到明文量子态包括：

获取明文的比特个数为n，构建2n量子比特的量子电路；

在前n个量子比特中，每个量子比特对应的量子电路分别放置一个H门和一个初始旋转门，将初始量子态通过前n个量子比特对应的量子电路转化为初始密钥叠加态，初始旋转门的旋转角度均为0；

通过基态编码将明文编码至后n个量子比特对应的量子电路上，得到明文量子态。

如图2所示，初始化2n量子比特的量子电路，记为circuit，在前n个量子比特每个都放上一个H门和单量子比特R_y(θ)门，所有可能的密钥k编码成量子叠加态

θ_i表示第i个量子比特的旋转角度，旋转角度初始均为0或者随机选取。通过基态编码将明文x＝x₁、x₂......x_n编码到后n个量子比特上，若x₁＝1，则在相应量子比特上放置量子比特翻转门X，若x₁＝0，则不进行操作。最终，在整个量子电路的量子态矢量形式为

步骤S102，基于初始密钥叠加态，使用预设的对称加密算法构建的量子加密电路对明文量子态进行量子加密，得到对应的密文量子态，对密文量子态进行测量，得到第一测量结果。

本申请中，针对一预设的对称加密算法，构建对应的量子加密电路，预设的对称加密算法即为想要进行验证可靠性的加密算法，例如，对称加密算法可以是SAES-16，为一种简化的AES加密算法。构建的量子加密电路能够执行对称加密算法的加密过程，该量子加密电路的输入为初始密钥量子态和明文量子态，输出为密文量子态。

量子加密电路的量子态的密度矩阵可以表示为

其中，

表示|k'>经过量子加密电路演化后的密钥量子态，

表示明文量子态经过量子加密电路演化后得到的所有可能密文的量子态。

基于量子计算机中的测量与传递模块对

进行测量，得到测量结果即第一测量结果，并将测量的结果传递给经典计算机。具体的是，在计算基上，对

进行测量，测量次数为N次，其中N的大小需根据实际需要来设置，当然测量次数越多，后续损失函数计算结果的越准确。

在图2中，在所有2n个量子比特的量子电路上，放置预设的对称加密算法对应的量子加密电路(即图2中encryption circuit)，不同的加密算法，其加密电路是不同的，需要单独去构造。

步骤S103，根据第一测量结果和明文对应的真实密文构建损失函数，基于损失函数对初始旋转门的旋转角度参数进行调节，使得损失函数满足预设条件。

本申请中，第一测量结果被测量得到是否为真实密文能够表征经过上述量子计算机中计算过程后预测与真实之间的损失，只有损失满足一定条件时可以认为量子计算机的加密过程能够将明文加密得到真实密文。

在经典计算机中构建第一测量结果与真实密文之间的损失，损失函数可以采用第一测量结果为真实密文的概率进行构建，也可以第一测量结果与真实密文的差异进行构建等等。

损失函数的优化可以使用经典优化器，例如，Adam优化器，即采用梯度下降法进行优化，优化过程是对损失函数中唯一的变量

进行优化，

为所有旋转门旋转角度构成的向量，用于调节量子计算机中初始旋转门的旋转角度参数，使用调整旋转角度后的旋转门重复上述步骤S101和步骤S102，直至损失函数满足预设条件。

预设条件根据损失函数的不同可以自适应设置，例如，针对采用第一测量结果为真实密文的概率构建的损失函数，以最小化损失函数为目标，预设条件即为损失函数收敛到-1(其中-1表示第一测量结果有100％的概率是真实密文)，或者小于-0.5即中止训练(其中小于-0.5表示第一测量结果有50％以上的概率是真实密文)。

在一实施方式中，根据第一测量结果和明文对应的真实密文构建损失函数包括：

将第一测量结果为明文对应的真实密文的概率作为损失函数，损失函数如下：

式中，

表示将量子态

在计算基上测量后得到结果为所述真实密文y的概率，

表示所述明文量子态在后n个量子比特对应的量子电路上演化后得到的量子态。

在一实施方式中，根据第一测量结果和明文对应的真实密文构建损失函数包括：

获取明文对应的真实密文的量子态；

将第一测量结果与真实密文的量子态之间的保真度作为损失函数，损失函数如下：

式中，y表示所述真实密文，|y>为使用基态编码得到的真实密文对应的量子态矢量，ρ_xn表示所述明文量子态在后n个量子比特对应的量子电路上演化后得到的量子态。

如图2所示，使用参数更新模块计算

在使用优化器对

进行优化得到更新参数

将

传给量子计算机，以更新前n量子比特的量子电路中的旋转门。

步骤S104，基于损失函数满足预设条件时初始旋转门的旋转角度参数和H门，将初始量子态转换为搜索密钥叠加态，对搜索密钥叠加态进行测量，得到第二测量结果，确定第二测量结果中出现次数最多的密钥为搜索得到的密钥。

本申请中，在量子计算机中的密钥电路模块中重新构造一个n量子比特的量子电路，该量子电路与变分电路模块中密钥的量子电路相同，再将上述训练好的旋转角度参数传入该量子电路中即该量子电路中旋转门的角度为训练好的旋转角度，使用测量与传递模块对该量子电路进行测量操作，并将测量结果(即第二测量结果)中出现次数最多(或者概率最大)的密钥作为搜索得到的密钥。

如图3所示，初始化n量子比特的量子电路，记为key circuit，在每个量子比特上都放上一个H门和单量子比特R_y(θ)门，旋转角度设置为迭代训练后得到的最终参数

在计算基上对key circuit进行N次测量，测量结果出现最多的即为搜索电路搜索到的密钥k'。

在一实施方式中，在确定第二测量结果中出现次数最多的密钥为搜索得到的密钥之后，还包括：

基于搜索得到的密钥，使用预设的对称加密算法对明文进行非量子加密，得到加密后的密文；

将加密后的密文与真实密文进行比较，得到比较结果；

若比较结果为一致，则确定搜索得到的密钥为将明文加密为真实密文的真实密钥。

其中，将第二测量结果中概率最大的密钥k'传递给经典计算机，使用经典计算机运行判断模块，以判断k'是否是正确的密钥。

如图3所示，判断模块中使用密钥k'和明文x，通过对称加密算法得到密文y'，验证y'是否与y一致，若一致，密钥k'即为正确答案，从而输出即可。若不一致，修改迭代中止条件或测量次数，并重复上述步骤S101至步骤S104。

在一实施方式中，在将加密后的密文与真实密文进行比较，得到比较结果之后，还包括：

若比较结果为不一致，则调整预设条件，重复基于H门和初始旋转门将初始量子态转化为初始密钥叠加态，使用基态编码对明文进行编码得到明文量子态的步骤，直至比较结果一致。

在一实施方式中，对密文量子态进行测量时的测量次数与对搜索密钥叠加态进行测量时的测量次数相同；

在将加密后的密文与真实密文进行比较，得到比较结果之后，还包括：

若比较结果为不一致，则调整测量次数，重复基于H门和初始旋转门将初始量子态转化为初始密钥叠加态，使用基态编码对明文进行编码得到明文量子态的步骤，直至比较结果一致。

与经典穷举搜索相比，本申请提供了沿着梯度下降的方向搜索，搜索次数明显减少；与基于Grover的量子搜索相比，本申请不需要消耗过多的量子资源，对于n bit加密算法，通常需要2n个量子比特，且电路深度仅取决于加密电路的深度；与基于VQE的搜索相比，本申请的变分电路更简单，损失函数更容易测量计算；且通常仅需要一组数据明文x和真实密文y即可搜索到正确的密钥，对数据量要求不大。

本申请实施例基于H门和初始旋转门将初始量子态转化为初始密钥叠加态，使用基态编码对明文进行编码得到明文量子态，基于初始密钥叠加态，使用预设的对称加密算法构建的量子加密电路对明文量子态进行量子加密，得到对应的密文量子态，对密文量子态进行测量，得到第一测量结果，根据第一测量结果和明文对应的真实密文构建损失函数，基于损失函数对初始旋转门的旋转角度参数进行调节，使得损失函数满足预设条件，基于损失函数满足预设条件时初始旋转门的旋转角度参数和H门，将初始量子态转换为搜索密钥叠加态，对搜索密钥叠加态进行测量，得到第二测量结果，确定第二测量结果中出现次数最多的密钥为搜索得到的密钥，实现通过量子计算的方式进行加密和测量，并使用损失函数的方式进行优化参数，降低了量子计算的复杂程度和对量子资源的占用，有助于提高密钥搜索的效率。

对应于上文实施例的量子对称加密密钥的搜索方法，图4示出了本申请实施例二提供的量子对称加密密钥的搜索装置的结构框图，为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分。

参见图4，该搜索装置包括：

量子态转化模块41，用于基于H门和初始旋转门将初始量子态转化为初始密钥叠加态，使用基态编码对明文进行编码得到明文量子态；

量子加密测量模块42，用于基于初始密钥叠加态，使用预设的对称加密算法构建的量子加密电路对明文量子态进行量子加密，得到对应的密文量子态，对密文量子态进行测量，得到第一测量结果；

角度参数调节模块43，用于根据第一测量结果和明文对应的真实密文构建损失函数，基于损失函数对初始旋转门的旋转角度参数进行调节，使得损失函数满足预设条件；

密钥搜索模块44，用于基于损失函数满足预设条件时初始旋转门的旋转角度参数和H门，将初始量子态转换为搜索密钥叠加态，对搜索密钥叠加态进行测量，得到第二测量结果，确定第二测量结果中出现次数最多的密钥为搜索得到的密钥。

在一实施方式中，该搜索装置还包括：

经典加密模块，用于在确定第二测量结果中出现次数最多的密钥为搜索得到的密钥之后，基于搜索得到的密钥，使用预设的对称加密算法对明文进行非量子加密，得到加密后的密文；

密文比较模块，用于将加密后的密文与真实密文进行比较，得到比较结果；

密钥确定模块，用于若比较结果为一致，则确定搜索得到的密钥为将明文加密为真实密文的真实密钥。

在一实施方式中，该搜索装置还包括：

第一重复搜索模块，用于在将加密后的密文与真实密文进行比较，得到比较结果之后，若比较结果为不一致，则调整预设条件，重复基于H门和初始旋转门将初始量子态转化为初始密钥叠加态，使用基态编码对明文进行编码得到明文量子态的步骤，直至比较结果一致。

在一实施方式中，对密文量子态进行测量时的测量次数与对搜索密钥叠加态进行测量时的测量次数相同；

该搜索装置还包括：

第二重复搜索模块，用于在将加密后的密文与真实密文进行比较，得到比较结果之后，若比较结果为不一致，则调整测量次数，重复基于H门和初始旋转门将初始量子态转化为初始密钥叠加态，使用基态编码对明文进行编码得到明文量子态的步骤，直至比较结果一致。

在一实施方式中，该量子态转化模块41包括：

电路构建单元，用于获取明文的比特个数为n，构建2n量子比特的量子电路；

密钥编码单元，用于在前n个量子比特中，每个量子比特对应的量子电路分别放置一个H门和一个初始旋转门，将初始量子态通过前n个量子比特对应的量子电路转化为初始密钥叠加态，初始旋转门的旋转角度均为0；

明文编码单元，用于通过基态编码将明文编码至后n个量子比特对应的量子电路上，得到明文量子态。

在一实施方式中，该角度参数调节模块43包括：

第一函数构建单元，用于将第一测量结果为明文对应的真实密文的概率作为损失函数，损失函数如下：

式中，

表示将量子态

在计算基上测量后得到结果为所述真实密文y的概率，

表示所述明文量子态在后n个量子比特对应的量子电路上演化后得到的量子态。

在一实施方式中，该角度参数调节模块43包括：

真实密文量子态获取模块，用于获取明文对应的真实密文的量子态；

第二函数构建单元，用于将第一测量结果与真实密文的量子态之间的保真度作为损失函数，损失函数如下：

式中，y表示所述真实密文，|y>为使用基态编码得到的真实密文对应的量子态矢量，

表示所述明文量子态在后n个量子比特对应的量子电路上演化后得到的量子态。

需要说明的是，上述模块之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本申请方法实施例基于同一构思，其具体功能及带来的技术效果，具体可参见方法实施例部分，此处不再赘述。

图5为本申请实施例三提供的一种计算机设备的结构示意图。如图5所示，该实施例的计算机设备包括：至少一个处理器(图5中仅示出一个)、存储器以及存储在存储器中并可在至少一个处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任意各个量子对称加密密钥的搜索方法实施例中的步骤。该计算机设备包括量子计算机和经典计算机两部分，量子计算机用于完成搜索方法中量子加密电路的加密过程和针对量子态的测量，并将测量结果发送给经典计算机，经典计算机用于根据测量结果构建损失函数并进行优化，实现量子计算机与经典计算机的联动。

该计算机设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，图5仅仅是计算机设备的举例，并不构成对计算机设备的限定，计算机设备可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如还可以包括网络接口、显示屏和输入装置等。

所称处理器可以是CPU和量子处理单元(QPU)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器包括可读存储介质、内存储器等，其中，内存储器可以是计算机设备的内存，内存储器为可读存储介质中的操作系统和计算机可读指令的运行提供环境。可读存储介质可以是计算机设备的硬盘，在另一些实施例中也可以是计算机设备的外部存储设备，例如，计算机设备上配备的插接式硬盘、智能存储卡(Smart Media Card，SMC)、安全数字(Secure Digital，SD)卡、闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器还可以既包括计算机设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器用于存储操作系统、应用程序、引导装载程序(BootLoader)、数据以及其他程序等，该其他程序如计算机程序的程序代码等。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述装置中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质至少可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质。例如U盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不可以是电载波信号和电信信号。

本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过一种计算机程序产品来完成，当计算机程序产品在计算机设备上运行时，使得计算机设备执行时实现可实现上述方法实施例中的步骤。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/计算机设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/计算机设备实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种量子对称加密密钥的搜索方法，其特征在于，所述搜索方法包括：

基于H门和初始旋转门将初始量子态转化为初始密钥叠加态，使用基态编码对明文进行编码得到明文量子态；

基于所述初始密钥叠加态，使用预设的对称加密算法构建的量子加密电路对所述明文量子态进行量子加密，得到对应的密文量子态，对所述密文量子态进行测量，得到第一测量结果；

根据所述第一测量结果和所述明文对应的真实密文构建损失函数，基于所述损失函数对所述初始旋转门的旋转角度参数进行调节，使得所述损失函数满足预设条件；

基于所述损失函数满足预设条件时所述初始旋转门的旋转角度参数和H门，将所述初始量子态转换为搜索密钥叠加态，对所述搜索密钥叠加态进行测量，得到第二测量结果，确定所述第二测量结果中出现次数最多的密钥为搜索得到的密钥。

2.根据权利要求1所述的搜索方法，其特征在于，在确定所述第二测量结果中出现次数最多的密钥为搜索得到的密钥之后，还包括：

基于所述搜索得到的密钥，使用所述预设的对称加密算法对所述明文进行非量子加密，得到加密后的密文；

将所述加密后的密文与所述真实密文进行比较，得到比较结果；

若所述比较结果为一致，则确定所述搜索得到的密钥为将所述明文加密为所述真实密文的真实密钥。

3.根据权利要求2所述的搜索方法，其特征在于，在将所述加密后的密文与所述真实密文进行比较，得到比较结果之后，还包括：

若所述比较结果为不一致，则调整所述预设条件，重复基于H门和初始旋转门将初始量子态转化为初始密钥叠加态，使用基态编码对明文进行编码得到明文量子态的步骤，直至所述比较结果一致。

4.根据权利要求2所述的搜索方法，其特征在于，所述对所述密文量子态进行测量时的测量次数与所述对所述搜索密钥叠加态进行测量时的测量次数相同；

在将所述加密后的密文与所述真实密文进行比较，得到比较结果之后，还包括：

若所述比较结果为不一致，则调整所述测量次数，重复基于H门和初始旋转门将初始量子态转化为初始密钥叠加态，使用基态编码对明文进行编码得到明文量子态的步骤，直至所述比较结果一致。

5.根据权利要求1所述的搜索方法，其特征在于，基于H门和初始旋转门将初始量子态转化为初始密钥叠加态，使用基态编码对明文进行编码得到明文量子态包括：

获取明文的比特个数为n，构建2n量子比特的量子电路；

在前n个量子比特中，每个量子比特对应的量子电路分别放置一个H门和一个初始旋转门，将初始量子态通过所述前n个量子比特对应的量子电路转化为初始密钥叠加态，所述初始旋转门的旋转角度均为0；

通过基态编码将所述明文编码至后n个量子比特对应的量子电路上，得到明文量子态。

6.根据权利要求5所述的搜索方法，其特征在于，根据所述第一测量结果和所述明文对应的真实密文构建损失函数包括：

将所述第一测量结果为所述明文对应的真实密文的概率作为损失函数，所述损失函数如下：

式中，

表示将量子态

在计算基上测量后得到结果为所述真实密文y的概率，

表示所述明文量子态在后n个量子比特对应的量子电路上演化后得到的量子态。

7.根据权利要求5所述的搜索方法，其特征在于，根据所述第一测量结果和所述明文对应的真实密文构建损失函数包括：

获取所述明文对应的真实密文的量子态；

将所述第一测量结果与所述真实密文的量子态之间的保真度作为损失函数，所述损失函数如下：

式中，y表示所述真实密文，|y>为使用基态编码得到的真实密文对应的量子态矢量，

表示所述明文量子态在后n个量子比特对应的量子电路上演化后得到的量子态。

8.一种量子对称加密密钥的搜索装置，其特征在于，所述搜索装置包括：

量子态转化模块，用于基于H门和初始旋转门将初始量子态转化为初始密钥叠加态，使用基态编码对明文进行编码得到明文量子态；

量子加密测量模块，用于基于所述初始密钥叠加态，使用预设的对称加密算法构建的量子加密电路对所述明文量子态进行量子加密，得到对应的密文量子态，对所述密文量子态进行测量，得到第一测量结果；

角度参数调节模块，用于根据所述第一测量结果和所述明文对应的真实密文构建损失函数，基于所述损失函数对所述初始旋转门的旋转角度参数进行调节，使得所述损失函数满足预设条件；

密钥搜索模块，用于基于所述损失函数满足预设条件时所述初始旋转门的旋转角度参数和H门，将所述初始量子态转换为搜索密钥叠加态，对所述搜索密钥叠加态进行测量，得到第二测量结果，确定所述第二测量结果中出现次数最多的密钥为搜索得到的密钥。

9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的搜索方法。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的搜索方法。

Images