1.基于树型分层结构的可认证的多方量子密钥分配方法,其特征在于,包括以下步骤:1)构建树型分层结构;所述树型分层结构分为三层,第一层为一个可信的根节点TC,是量子密钥的发射端;第二层为若干个半可信的中间节点,既是量子密钥接受端也是量子密钥发射端;每个中间节点对应若干个最终节点,最终节点即为第三层,最终节点是密钥分配中的通信方;2)选取任意两个通信方A i 和B j ,在各自所属中间节点AC、BC以及根节点TC的帮助下进行密钥分发;TC预先与AC共享密钥K TAC ,与BC共享密钥K TBC ,A i 预先与AC共享密钥K TAi ,B j 预先与BC共享密钥K TBj ,密钥长度均为n比特;3)可信根节点TC,半可信中间节点AC、BC和最终节点A i 、B j ,根据预先共享的密钥同步它们的基;4)量子密钥发射端TC与AC之间共享量子密钥为u比特的sk,TC与BC之间共享量子密钥为u比特的sm,经对比分析判断后,BC获知sk;5)TC生成一个l比特的随机数r TAC ,AC生成一个l比特的随机数r TAi ,并计算中间量:BC生成一个l比特的随机数r TBj ,TC再生成一个l比特的随机数r TBC ,并计算中间量:其中,h(·):{0,1}*→{0,1} m 为单向哈希函数,并且有等式n=m+2l和m=u+4k成立,U AC 、U BC 、U Ai 、U Bj 分别为AC、BC、A i 和B j 的身份序列,身份序列长度为k比特,m为哈希函数输出比特,6)根据(r TAi ||r TAC ||R TAi ) a 和(K TAi ) a ,AC创建量子比特Q TAi ,然后AC把Q TAi 发送给A i ;BC以同样的方式创建量子比特Q TBj ,并将Q TBj 发送给B j ,其中,(K TAi ) a 表示密钥K TAi 的第a位,a=1,2,…,n;7)A i 根据K TAi 测量接收到的量子比特Q TAi ;B j 根据K TBj 测量接收到的量子比特Q TBj ;8)A i 得到了测量结果r' TAi ||r' TAC ||R' TAi 后,根据 计算sk',并验证中间节点和通信方的身份标志U Ai 、U AC 、U BC 、U Bj ;B j 得到测量结果r' TBj ||r' TBC ||R' TBj 后,根据 计算sk",并验证中间节点和通信方的身份标志U Bj 、U BC 、U AC 、U Ai ;其中,r' TAi 、r' TAC 、R' TAi 表示A i 根据K TAi 测量接收到的量子比特Q TAi 经过测量后得到的二进制比特串r' TAi ||r' TAC ||R' TAi ;sk'表示A i 根据测量结果得到的AC发送给A i 的密钥;r' TBj 、r' TBC 、R' TBj 表示A i 根据K TAi 测量接收到的量子比特Q TAi 经过测量后得到的二进制比特串r' TBj ||r' TBC ||R' TBj ,sk"表示B j 根据测量结果得到的BC发送给B j 的密钥;sk'和sk"均为u比特长度;9)AC生成一个l'比特的随机数r AC ,A i 生成一个l'比特的随机数r Ai ,并计算中间量: BC生成一个l'比特的随机数r BC ,B j 生成一个l'比特的随机数r Bj ,并计算中间量: 并且有h'(·):{0,1}*→{0,1} 4k 和等式u=2l'+4k成立;10)根据(r Ai ||r AC ||CS Ai ) c 和(sk') c ,A i 创建量子比特,然后A i 把量子比特发送给B j ;B j 以同样的方式创建量子比特,并发送给A i ,其中,(sk') c 为密钥sk'的第c位,c=1,2,…,u;11)A i 和B j 接收到量子比特,根据(sk') c 和(sk") c 分别测量接受到的量子比特;12)A i 得到测量结果r Bj '||r BC '||CS Bj ',并判断下面等式是否成立: r Bj '≠r Ai 且r BC '≠r AC ;如果等式成立,A i 计算会话密钥SK=h(sk',0,0);B j 判断下面等式是否成立:如果等式成立,计算会话密钥SK'=h(sk",0,0)。
2.根据权利要求1所述的基于树型分层结构的可认证的多方量子密钥分配方法,其特征在于,所述步骤3)中,同步基的方式为:如果(K TAi ) a =0,就选择D={|+>,|->}基,否则选择R={|0>,|1>}基,其中,(K TAi ) a 表示密钥K TAi 的第a位,a=1,2,…,n;如果(K TBj ) b =0,就选择D={|+>,|->}基,否则选择R={|0>,|1>}基,其中,(K TBj ) b 表示密钥K TBj 的第b位,b=1,2,…,n。
3.根据权利要求1所述的基于树型分层结构的可认证的多方量子密钥分配方法,其特征在于,所述步骤4)中,对比分析判断过程为:TC比较两个共享的量子密钥sk和sm,相同记为“Y”不同记为“N”,TC通过公开的信道将所得的比较结果告诉AC和BC,AC和BC实现共享彼此的量子密钥。
4.根据权利要求1所述的基于树型分层结构的可认证的多方量子密钥分配方法,其特征在于,所述步骤6)中,AC创建量子比特Q TAi 的方式如下:(61)、如果(r TAi ||r TAC ||R TAi ) a =0,(K TAi ) a =0,则(Q TAi ) a 为|+>;(62)、如果(r TAi ||r TAC ||R TAi ) a =1,(K TAi ) a =0,则(Q TAi ) a 为|->;(63)、如果(r TAi ||r TAC ||R TAi ) a =0,(K TAi ) a =1,则(Q TAi ) a 为|0>;(64)、如果(r TAi ||r TAC ||R TAi ) a =1,(K TAi ) a =1,则(Q TAi ) a 为|1>。
5.根据权利要求1所述的基于树型分层结构的可认证的多方量子密钥分配方法,其特征在于,所述步骤7)中,测量量子比特的方式为:如果(K TAi ) a =0,则用对角基D={|+>,|->}测量量子比特Q TAi ;否则,用直角基R={|0>,|1>}进行测量Q TAi ;如果(K TBj ) b =0,则用对角基D={|+>,|->}测量量子比特Q TBj ;否则,用直角基R={|0>,|1>}进行测量Q TBj 。
6.根据权利要求1所述的基于树型分层结构的可认证的多方量子密钥分配方法,其特征在于,所述步骤10)中,A i 创建量子比特的方式为:(10a)、如果(r Ai ||r AC ||CS Ai ) c =0,(sk') c =0,则量子比特为|+>;(10b)、如果(r Ai ||r AC ||CS Ai ) c =1,(sk') c =0,则量子比特为|->;(10c)、如果(r Ai ||r AC ||CS Ai ) c =0,(sk') c =1,则量子比特为|0>;(10d)、如果(r Ai ||r AC ||CS Ai ) c =1,(sk') c =1,则量子比特为|1>。