基于半量子的量子秘密信息互换协议

代金鞘 张仕斌 昌 燕 李雪杨 郑 涛

(成都信息工程大学网络空间安全学院 四川 成都 610225)

0 引 言

密码学在信息化社会中扮演着越来越重要的角色。但随着量子计算机[1]和量子算法[2-3]的发展，传统的加密方式都将面临潜在的威胁。研究者将注意力转向了由量子力学发展来的量子密码学，量子密码学的安全性是通过量子力学原理保证的，这使得量子密码在信息论的角度下是十分安全的。自Bennett等[4]设计出第一个单光子偏振协议(BB84协议)以来，研究者在量子密码技术上取得了许多意义重大的研究成果，包括量子密钥分发(QKD)[5-6]、量子数字签名(QDS)[7-9]、量子隐私查询(QPQ)[10-11]、量子安全直接通信(QSDC)[12-14]等。但是，这些量子密码的研究大多都要求所有参与协议的通信方都能够具有量子能力，即参与者可以进行任意的量子操作并且可以任意制备量子态。这对于实际量子资源的需求是十分巨大的，在实际情况下，这些协议很难完整实现。因此，为了节约量子资源的成本，研究者提出了半量子的概念。

在半量子的理论中，不需要所有的参与者都具备完整进行任意量子操作的能力，只需要有一方具备即可，其余的通信方只要求进行部分量子操作。这样一来，在通信过程中对于量子资源的需求和成本就会大大降低，实现起来容易许多。这个概念是由Boyer等[15]在2007年第一次提出的，他们还结合了QKD协议提出了半量子密钥分发协议(SQKD)。SQKD协议中，通信方Alice具有完整的量子能力，而Bob只能进行部分的量子操作，成功地将量子通信中需要使用的量子资源减少。……