基于量子隐形传态的无线通信网络身份认证方案.docx

基于量子隐形传态的无线通信网络身份认证方案?张沛周小清?李智伟(吉首大学物理与机电工程学院, 吉首 416000)( 2014 年 2 月 14 日收到; 2014 年 3 月 19 日收到修改稿 )提出了有中心的结构化量子通信网络概念, 并在经典认证基础之上, 结合量子隐形传态技术实现了无线 通信网络的身份认证. 此认证方案通过对无线局域网的认证进行探讨进而推广至整个无线通信网络中. 在无 线局域网中, 在已获得 SK 与 EPR 对的前提下, STA 与 AP 两端通过量子信道进行信息传输, 然后 AP 对手中 的量子态进行幺正变换后将得到的信息与原先的备份信息进行保真度计算, 从而判定是否认证成功.关键词: 量子通信, 量子隐形传态, 身份认证, 有中心结构化网络PACS: 03.67.Dd, 42.50.Ex, 89.70.–aDOI: 10.7498/aps.63.1303011引言量子通信为一门新兴的交叉学科, 是信息论与 量子论相结合的产物, 由于其具有高效率与绝对安 全等特点, 在过去的 20 年中, 量子通信技术得到了 飞速的发展. 根据传输信息的不同, 量子通信可分 为两类: 传输经典信息的量子密钥分配和传输量子 信息的量子隐形传态. 前者主要用于量子密钥的信道实现了多粒子任意态的量子隐形传送 [7]. 此 外, 在量子通信网络的结构与协议方面, 国内外科 学家也取得了丰硕的研究成果. 周南润小组利用量 子力学中纠缠态的非定域关联性提出了数据链路 层的相关协议 [8?10], 从而有效地提高了数据链路 层的最大吞吐量和信道利用率; Dupuis 小组设计 了量子广播信道协议 [11]; Yu 小组提出了无线分布 式量子通信网络的概念并解决了该网络内的信息 12]; 周小清小组先后对量子隐形传态网传送, 后者主要用于未知量子态的传送. 量子隐形传态作为一种经典通信无法比拟的瞬时量子信息 传输技术, 自从 1993 年被 Bennett 等提出 [1], 便引 起了各国科学家的广泛关注. 1997 年 Bouwmeester 小组利用纠缠光子对作为量子信道实现了量子隐 形传态 [2], 从实验方面证明了量子隐形传态的客观 存在性; 2000 年 Guo 小组提出了一种隐形传态方 案 [3], 该方案理论上实现了多个粒子的量子隐形传 态; 2004 年 Gobby 等实现了在 122 km 光纤中的量 子通信实验 [4]; 随后, Pan 小组在 2005 年与 2012 年 分别实现了 13 km 的双向量子纠缠分发与百 km 级 的自由空间量子隐形传态和纠缠分发 [5,6]; 2013 年 Peng 等提出了新的方案, 此方案通过不同的量子传输问题 [络及网络通信协议进行了研究, 提出了相关的方案 与协议 [13,14].尽管各国科学家进行了大量工作, 取得了丰硕 成果, 但关于量子通信网络身份认证方面的研究仍 然较少. 虽然, Zhou 小组、温晓军小组与 Zeng 小组 针对此方向进行了一系列工作, 分别提出了基于量 子隐形传态的跨中心量子身份认证方案、分布式量 子通信网络中的身份认证方案与基于偏振调制的 量子认证方案 [15?17], 但该方向仍有广阔的研究空 间, 因此本文将量子隐形传态技术与无线通信网络 相结合, 提出了基于量子隐形传态的无线通信网络 身份认证方案.? 湖南省自然科学基金 (批准号: 11JJ3003, 13JJ3092) 和湖南省科技计划 (批准号: 2010FJ3081) 资助的课题.? 通讯作者. E-mail: mailto:zhouxq_jd@163.comzhouxq_jd@163.com? 2014 中国物理学会 Chinese Physical Society/2量子隐形传态原理量子隐形传态是利用量子纠缠对 (EPR 对) 所行相应的幺正变换便可使粒子 3 处在发送方的未知1量子态 |ψ?n 上. 粒子 3 所处的量子态及相应的幺正 变换由表 1 列出.表 1 粒子 3 所处的量子态及相应的幺正变换实现的远程关联, 即发送者分别通过量子信道与经 典信道将量子信息与经典信息发送给接收者. 接收 者在收到两种信息的前提下, 可得到原量子态的复发送方的测量结果粒子 3 的量子态接收方的幺正变换.?nnn.ψ? 12? (an |0?3 + bn |1?3 )?I制品. 其过程如下:.?nnn.ψ+12? (an |0?3 ? bn |1?3 )?σz制备 n 个 EPR 对:.?n(a1 nn).?1 1 (11 ).Φ? 12n | ?3 + bn |0?3σx.ψ?23 = √|01?23 ? |10?23,(1). +?nnn12.?22