引用本文:
常利伟,张宇青,田晓雄,等. 集体噪声信道中错误容忍的可控量子对话[J]. 光通信技术,2020,44(9):7-12.
常利伟,张宇青,田晓雄,白增亮
(山西财经大学 信息学院,太原 030006)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:量子通信中信道噪声将会影响信息传输的可靠性和有效性。设计了2个能够分别抵抗集体退相位噪声和集体旋转噪声的可控量子对话(CQD)协议。分析表明:该协议不仅可以避免集体噪声的影响,具有更强的实用性,还可以避免信息泄露,且能有效减少控制方的在线时间,同时能够抵抗外部和内部攻击。
关键词:集体噪声;逻辑簇态;量子对话;信息泄露;内部攻击
中图分类号:TN918.1 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2020)09-0007-06
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.09.002
0 引言
量子保密通信的安全性基于量子力学基本原理,具有理论上的无条件安全性。量子对话(QD)[1-5]作为量子保密通信的一个重要分支,是一种允许通信双方同时直接交换秘密信息的通信方式。第三方可控量子对话(CQD)在QD中加入了控制方以监督通信双方秘密信息的交换。2006年,Man等人[6]提出了第一个CQD 协议,之后Ye和Liu等人[7-9]从信息论角度分析、讨论了如何避免CQD协议存在的信息泄露问题。2013年,Yang 等人[10]利用五粒子布朗态作为载体实现了效率较高的CQD协议。2016年,Kao等人[11-12]发现一种普遍存在于CQD协议中的共谋攻击并设计出能够抵抗此类攻击的CQD协议。同时,他们也指出一个安全的CQD协议必须满足3个安全性条件:①通信双方的秘密信息不能泄露给包括控制方在内的任何人;②通信双方只有在获得控制方允许后才能得到对方的秘密信息;③没有控制方的允许,通信双方不能共谋获得对方信息。2019年,Liu等人[13-14]指出文献[11-12]中协议还存在来自不诚信控制方的攻击,也就是不同初始态(DIS)攻击和拒绝服务(DoS)攻击,并且设计出了改进协议以及提出了一个新的安全性条件:通信双方必须具备能够抵抗不诚信控制方攻击的能力。
然而,以上CQD协议都是基于理想环境设计的。由于光子旅行的时间窗比噪声源变化短,光子在实际量子信道中传输时必然会受到噪声的影响,其势必导致信息载体发生改变以至于引入错误。而窃听者则可以在噪声的掩盖下窃取甚至破坏秘密信息。集体噪声是主要的噪声源之一,但是,目前集体噪声下CQD协议[15-16]的相关研究成果较少。因此,本文提出2个集体噪声信道上错误容忍的CQD协议:一个用来抵抗集体退相位噪声;另一个用来抵抗集体旋转噪声。
4 结束语
本文基于逻辑簇态设计了2个集体噪声下错误容忍的CQD协议,能够有效抵抗集体退相位噪声和集体旋转噪声。QD中控制方角色的加入能够拓展QD协议的应用场景。类似文献[16]中逻辑态的构造方法,逻辑簇态理论上可由控制方对几个特定的叠加态实施多次不同的受控幺正变换构造。通过安全性分析显示:本文协议能够有效地抵抗各类攻击,尤其是近几年被探究发现的共谋攻击、DIS攻击和DoS攻击,这些攻击对协议的安全性都产生了极大的威胁。在量子保密通信的实用化进程中,噪声环境下第三方CQD协议具有很高的应用价值。在协议的实用化进程中必然会受到诸多因素的影响,因此我们后续的工作应该以现有工作为基础,充分考虑现实环境中的影响因素,设计更加实用的量子保密通信协议。