基于半量子模型的量子私有比较方法与系统

1.本技术涉及量子领域，特别是涉及一种基于半量子模型的量子私有比较方法与系统。


背景技术：

2.量子私有比较（quantum private comparison, qpc）是量子安全多方计算的一个重要研究分支，由于两方场景无法构建一个完全相同的函数，因此需要引进一个第三认证方。它解决的主要问题是，对于两个互不信任的用户在第三方的帮助下比较他们俩的秘密信息是否相等，且不泄露他们的秘密信息。在2009年，yang提出了第一个量子私有比较协议（qpc），它通过bell态与诱骗态光子相结合，在半诚实第三认证方的帮助下，比较双方的秘密信息是否相等。在此之后，随着研究深入，学者们根据不同的量子态提出了许多qpc协议，根据制备量子态的不同qpc协议可以分为单光子qpc协议和多粒子纠缠态qpc协议。单光子qpc协议主要有的协议，大多数qpc协议都是使用多粒子纠缠态作为信息载体实现私有信息比较。
3.量子私有比较协议要求参与者和第三认证方具备全量子能力，也就是参与者需要使用各种量子设备，例如量子存储器、纠缠态发生器、量子寄存器，但这些设备价格昂贵，并不是所有的参与者都能承担起这样高的资源消耗和硬件成本，因此qpc协议需要考虑节省量子资源，降低参与者的量子能力，节约量子硬件成本，让协议变得更实用。而且，目前的sqpc协议只停留在理论方面，并没有进行实验验证。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于半量子模型的量子私有比较方法、系统、设备和存储介质。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种基于半量子模型的量子私有比较方法，该方法包括：将第一比较对象和第二比较对象拥有的二进制秘密信息进行分组，第三认证方制备cluster态粒子和bell态粒子，并将cluster态粒子和bell态粒子纠缠交换形成量子态粒子；从纠缠交换形成的量子态粒子中获取粒子序列，将所述粒子序列分别发送给第一比较对象和第二比较对象后，进行测量操作和反射操作的计算；根据测量操作的结果，第一比较对象和第二比较对象计算反射操作的结果，根据所述反射操作的结果，第一比较对象和第二比较对象将制备得到的量子比特反馈给第三认证方；第三认证方根据所述量子比特进行协议窃听验证，在验证无窃听者的情况下，第三认证方计算完成第一比较对象和第二比较对象秘密信息的比较。
6.进一步的，所述将第一比较对象和第二比较对象拥有的二进制秘密信息进行分
组，第三认证方制备cluster态粒子和bell态粒子，并将cluster态粒子和bell态粒子纠缠交换形成量子态粒子，包括：对第一比较对象的二进制秘密信息x，第二比较对象的二进制秘密信息y分别划分为n/3组，每一组包含3个量子信息位；分组后的x和y分别表示为：，其中，和是一个3位二进制数，n表示x和y中的量子信息位数；对第一比较对象和第二比较对象通过量子秘钥分发协议共享预密钥，所述预密钥用于进行反射操作的计算，其中预密钥为二进制数，在确定第一比较对象和第二比较分组的秘密信息为二进制数后进行确定的。
7.进一步的，所述从纠缠交换形成的量子态粒子中获取粒子序列，将所述粒子序列分别发送给第一比较对象和第二比较对象后，进行测量操作和反射操作的计算，包括：根据纠缠交换形成的量子态粒子，从所述量子态粒子中获取粒子，根据获取的粒子组成粒子序列，再从所述量子态粒子中获取粒子，根据获取的粒子组成粒子序列；第三认证方发送粒子序列给第一比较对象，发送粒子序列给第二比较对象；第一比较对象和第二比较对象接收到粒子序列后，进行测量操作和反射操作的计算。
8.进一步的，所述根据测量操作的结果，第一比较对象和第二比较对象计算反射操作的结果，根据所述反射操作的结果，第一比较对象和第二比较对象将制备得到的量子比特反馈给第三认证方，包括：在第一比较对象和第二比较对象执行测量操作时，第一比较对象使用z基测量序列中的粒子，得到测量结果，第二比较对象使用z基测量序列中的粒子，得到测量结果；在第一比较对象和第二比较对象执行反射操作时，将反射粒子发送给第三认证方；第一比较对象和第二比较对象计算得到反射操作结果，根据反射操作结果的值，使用z基制备相同形式的量子比特反馈给第三认证方。
9.进一步的，所述第三认证方根据所述量子比特进行协议窃听验证，在验证无窃听者的情况下，第三认证方计算完成第一比较对象和第二比较对象秘密信息的比较，包括：根据第一比较对象反射操作或者测量操作的结果，并根据第二比较对象反射操作或者测量操作的结果，第三认证方进行量子比特的测量，通过测量得到的结果与初始态粒子的比较，确定是否存在窃听者；窃听检查后，当不存在窃听者时，第三认证方计算比较结果，其中， ，表示第一比较对象分组后的秘密信息，表示第二比
较对象分组后的秘密信息，和表示测量结果所对应的编码值；通过值的结果，第三认证方公布第一比较对象和第二比较对象的秘密信息是否相等；当时，对于所有的都有，当时，对于所有的满足 ，则第一比较对象和第二比较对象的秘密信息相等。
10.另一方面，本发明实施例还提供了一种基于深度学习的检修识别系统，包括：粒子准备模块，用于将第一比较对象和第二比较对象拥有的二进制秘密信息进行分组，第三认证方制备cluster态粒子和bell态粒子，并将cluster态粒子和bell态粒子纠缠交换形成量子态粒子；反射测量模块，用于从纠缠交换形成的量子态粒子中获取粒子序列，将所述粒子序列分别发送给第一比较对象和第二比较对象后，进行测量操作和反射操作的计算；粒子计算模块，用于根据测量操作的结果，第一比较对象和第二比较对象计算反射操作的结果，根据所述反射操作的结果，第一比较对象和第二比较对象将制备得到的量子比特反馈给第三认证方；信息比较模块，用于第三认证方根据所述量子比特进行协议窃听验证，在验证无窃听者的情况下，第三认证方计算完成第一比较对象和第二比较对象秘密信息的比较。
11.进一步的，所述粒子准备模块包括信息划分单元，所述信息划分单元用于：对第一比较对象的二进制秘密信息x，第二比较对象的二进制秘密信息y分别划分为n/3组，每一组包含3个量子信息位；分组后的x和y分别表示为：，其中，和是一个3位二进制数，n表示x和y中的量子信息位数；对第一比较对象和第二比较对象通过量子秘钥分发协议共享预密钥，所述预密钥用于进行反射操作的计算。
12.进一步的，所述反射测量模块包括粒子序列单元，所述粒子序列单元用于：根据纠缠交换形成的量子态粒子，从所述量子态粒子中获取粒子，根据获取的粒子组成粒子序列，再从所述量子态粒子中获取粒子，根据获取的粒子组成粒子序列；第三认证方发送粒子序列给第一比较对象，发送粒子序列给第二比较对象；第一比较对象和第二比较对象接收到粒子序列后，进行测量操作和反射操作的计算。
13.进一步的，所述粒子计算模块包括粒子记录单元，所述粒子记录单元用于：在第一比较对象和第二比较对象执行测量操作时，第一比较对象使用z基测量序列中的粒子，得到测量结果，第二比较对象使用z基测量序列中的粒子，得到测量结果；
在第一比较对象和第二比较对象执行反射操作时，将反射粒子发送给第三认证方；第一比较对象和第二比较对象计算得到反射操作结果，根据反射操作结果的值，使用z基制备相同形式的量子比特反馈给第三认证方。
14.进一步的，所述信息比较模块包括判断对比单元，所述判断对比单元用于：根据第一比较对象反射操作或者测量操作的结果，并根据第二比较对象反射操作或者测量操作的结果，第三认证方进行量子比特的测量，通过测量得到的结果与初始态粒子的比较，确定是否存在窃听者；窃听检查后，当不存在窃听者时，第三认证方计算比较结果，其中， ，表示第一比较对象分组后的秘密信息，表示第二比较对象分组后的秘密信息，和表示测量结果所对应的编码值；通过值的结果，第三认证方公布第一比较对象和第二比较对象的秘密信息是否相等；当时，对于所有的都有，当时，对于所有的满足 ，则第一比较对象和第二比较对象的秘密信息相等。
15.上述基于半量子模型的量子私有比较方法与系统，该方法包括：对第一比较对象拥有的二进制秘密信息x和第二比较对象拥有的二进制秘密信息y进行划分分组，第三认证方制备cluster态粒子和bell态粒子，通过cluster态粒子和bell态粒子纠缠交换形成量子态粒子；从纠缠交换形成的量子态粒子中获取粒子序列和粒子序列，第三认证方发送粒子序列给第一比较对象，发送粒子序列给第二比较对象，第一比较对象和第二比较对象接收到粒子序列后，进行测量操作和反射操作的计算；根据测量操作的结果、，第一比较对象和第二比较对象计算得到反射操作结果和，通过反射结果第一比较对象和第二比较对象将制备得到的量子比特反馈给第三认证方；第三认证方根据所述量子比特进行协议窃听验证，在验证无窃听者的情况下，第三认证方计算完成第一比较对象和第二比较对象的秘密信息的比较结果。通过cluster态和bell态纠缠交换的高效的半量子私有比较方法，每执行一次比较就可以比较三个经典信息位，大大提高了比较信息过程的效率，对协议参与用户的量子能力要求低，且容易实现。
附图说明
16.图1为一个实施例中基于半量子模型的量子私有比较方法的流程示意图；图2为一个实施例中基于半量子模型的量子私有比较方法的逻辑示意图；图3为一个实施例中基于半量子模型的量子私有比较系统的结构框图。
具体实施方式
17.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不
用于限定本技术。
18.在本发明是实施例中，第一比较对象设定为alice，第二比较对象设定为bob，第三认证方设定为tp，则通过第三方tp对alice和bob进行秘密信息比较的过程如下实施例。
19.在一个实施例中，如图1所示，提供了一种基于半量子模型的量子私有比较方法，所述方法包括：步骤101，将第一比较对象和第二比较对象拥有的二进制秘密信息进行分组，第三认证方制备cluster态粒子和bell态粒子，并将cluster态粒子和bell态粒子纠缠交换形成量子态粒子；步骤102，从纠缠交换形成的量子态粒子中获取粒子序列，将所述粒子序列分别发送给第一比较对象和第二比较对象后，进行测量操作和反射操作的计算；步骤103，根据测量操作的结果，第一比较对象和第二比较对象计算反射操作的结果，根据所述反射操作的结果，第一比较对象和第二比较对象将制备得到的量子比特反馈给第三认证方；步骤104，第三认证方根据所述量子比特进行协议窃听验证，在验证无窃听者的情况下，第三认证方计算完成第一比较对象和第二比较对象秘密信息的比较。
20.具体地，在本实施例中，如图2所示的逻辑示意图，总共有三个参与者，tp，alice和bob。tp是半诚实的第三方，帮助alice和bob进行秘密信息的比较，他具有全量子能力。由于量子设备昂贵，为了节省硬件成本，tp被放在量子云服务器上。alice和bob仅有有限量子能力，只能执行测量(m)或反射操作(r)。反射是返回粒子给tp，测量是使用z基测量，得到结果后再制备一个相同的量子态返回给tp。alice和bob分别拥有二进制秘密信息和，n表示x和y中的量子信息位数，。他们想要比较两个秘密信息是否相等但不泄露x和y。本实施例通过cluster态和bell态纠缠交换的高效的半量子私有比较方法，每执行一次比较就可以比较三个经典信息位，大大提高了比较信息过程的效率，对协议参与用户的量子能力要求低，且容易实现。其中，步骤101为两个比较对象进行秘密信息比较的准备阶段，该准备阶段首先进行的是alice和bob的分组，并让第三方tp进行制备cluster态粒子和bell态粒子。
21.在一个实施例中，对alice拥有的二进制秘密信息x和bob拥有的二进制秘密信息y进行划分分组，第三方tp制备cluster态粒子和bell态粒子，通过cluster态粒子和bell态粒子纠缠交换形成量子态粒子，包括：对alice的二进制秘密信息x，bob的二进制秘密信息y分别划分为n/3组，每一组包含3个量子信息位；分组后的x和y分别表示为：，其中，和是一个3位二进制数，n表示x和y中的量子信息位数，表示n除3后的结果向上取整数。
22.对alice和bob通过量子秘钥分发协议共享预密钥，其中，预密匙是3位二进制数，在通过对第一比较对象的二进制秘密信息进行分组成3位二进制数后进行确定的。在分组完成之后，第三认证方制备cluster态粒子和bell态粒子，并将cluster态粒子和bell态粒子纠缠交换形成量子态粒子。
23.在一个实施例中，所述从纠缠交换形成的量子态粒子中获取粒子序列和粒子序列，第三方tp发送粒子序列给alice，发送粒子序列给bob，alice和bob接收到粒子序列后，进行测量操作和反射操作的计算，包括：从所述量子态粒子中取1,2,5粒子组成粒子序列，从所述量子态粒子中取3,4,6粒子组成粒子序列，所述粒子序列和所述粒子序列分别表示为：；其中，p表示各个粒子，p的下标1～5表示处于纠缠态序列中不同的粒子，p的上标0～表示粒子在组cluster态和bell态的位置。
24.在一个实施例中，所述根据测量操作的结果、，alice和bob计算得到反射操作结果和，通过反射结果alice和bob将制备得到的量子比特返回给第三方tp，包括：在alice和bob执行反射操作时，反射粒子发送给第三方tp；在alice和bob执行测量操作时，alice使用z基测量序列中的粒子，记录测量结果，bob使用z基测量序列中的粒子，记录测量结果；alice和bob计算得到反射操作结果和包括：；其中，和表示测量结果和所相应的编码值，表示预密匙，；alice和bob根据反射操作结果和的值，使用z基制备相同形式的量子态返回给第三方tp。
25.具体地，alice和bob接收到序列后，对序列中相同位置的粒子随机执行反射(r)或测量操作(m)，如果执行反射操作，反射粒子给tp；如果执行测量操作，alice使用z基测量序列中的粒子，记录测量结果，同理，bob使用z基测量序列中的粒子，记录测量结果。接着，alice和bob开始计算: ；
其中，表示异或计算，和表示测量结果和所相应的编码值，其中。然后，alice根据的值使用z基制备相同形式的量子态返回给tp，同理，bob根据的值使用z基制备相同形式的量子态返回给tp。如果是1则制备态，0则制备态，例如，则alice使用z基有序的制备态返回给tp。
26.在一个实施例中，所述第三方tp根据所述量子比特进行协议窃听验证，在验证无窃听者的情况下，第三方tp计算完成alice和bob的秘密信息的比较结果，包括：alice和 bob对相同位置的粒子选择反射操作的结果，或者选择测量操作的结果，第三方tp根据测量结果与初始态粒子的比较，确定是否存在窃听者；窃听检查后，当不存在窃听者时，第三方tp计算：；其中，表示分组后的秘密信息，和表示测量结果和所相应的编码值；如果时，对于所有的都有，当时，如果对于所有的满足，则第三方tp公布alice和bob的秘密信息相等，否则公布alice和bob的秘密信息不相等。
27.具体地，tp接收到alice和bob返回的量子比特后，alice和bob公布上述步骤所执行的量子操作。如果alice执行测量操作，则公布测量结果，如果bob执行测量操作，则公布测量结果。tp根据alice和bob的操作执行相应的量子操作。因此，对于是否存在协议窃听者，需要进行一下的情况判断：case 1：如果alice和 bob对相同位置的粒子都选择反射操作，tp使用ghz基测量alice反射的量子比特，tp使用ghz基测量bob反射的量子比特，通过测量结果与初始态比较，tp能够检测协议是否存在窃听者，如果测量结果初始态不一致，说明协议存在窃听者，协议终止。否则进入下一种情况。
28.case 2：如果alice执行测量操作，bob执行反射操作，tp使用ghz基测量bob反射的量子比特。ghz基的测量结果和alice公布的z基测量结果初始态比较，如果测量结果与初始态不一致，协议终止，否则继续。例如，如果ghz基测量结果为，理论上alice公布的z基测量结果或。如果不是，说明协议存在窃听者。
29.case 3：如果alice执行反射操作，bob执行测量操作，tp使用ghz基测量alice反射的量子比特。ghz基的测量结果和bob公布的z基测量结果初始态比较，如果测量结果与初始态不一致，协议终止。否则继续。
30.case 4：使用z基测量alice和bob执行测量操作后返回的量子比特，tp能够知道
和的值。
31.窃听检查后，假设协议中不存在窃听者，tp计算如下：如果时，对于所有的都有，而当时，如果对于所有的满足，则tp公布alice和bob的秘密信息相等x=y，否则公布alice和bob的秘密信息不相等。
32.应该理解的是，虽然上述流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，上述流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
33.在一个实施例中，如图3所示，提供了一种基于半量子模型的量子私有比较系统，包括：粒子准备模块301，用于将第一比较对象和第二比较对象拥有的二进制秘密信息进行分组，第三认证方制备cluster态粒子和bell态粒子，并将cluster态粒子和bell态粒子纠缠交换形成量子态粒子；反射测量模块302，用于从纠缠交换形成的量子态粒子中获取粒子序列，将所述粒子序列分别发送给第一比较对象和第二比较对象后，进行测量操作和反射操作的计算；粒子计算模块303，用于根据测量操作的结果，第一比较对象和第二比较对象计算反射操作的结果，根据所述反射操作的结果，第一比较对象和第二比较对象将制备得到的量子比特反馈给第三认证方；信息比较模块304，用于第三认证方根据所述量子比特进行协议窃听验证，在验证无窃听者的情况下，第三认证方计算完成第一比较对象和第二比较对象秘密信息的比较。
34.在一个实施例中，所述粒子准备模块301包括信息划分单元，所述信息划分单元用于：对第一比较对象的二进制秘密信息x，第二比较对象的二进制秘密信息y分别划分为n/3组，每一组包含3个量子信息位；分组后的x和y分别表示为：，其中，和是一个3位二进制数，n表示x和y中的量子信息位数；对第一比较对象和第二比较对象通过量子秘钥分发协议共享预密钥所述预密钥用于进行反射操作的计算。
35.在一个实施例中，所述反射测量模块302包括粒子序列单元，所述粒子序列单元用
于：根据纠缠交换形成的量子态粒子，从所述量子态粒子中获取粒子，根据获取的粒子组成粒子序列，再从所述量子态粒子中获取粒子，根据获取的粒子组成粒子序列；第三认证方发送粒子序列给第一比较对象，发送粒子序列给第二比较对象；第一比较对象和第二比较对象接收到粒子序列后，进行测量操作和反射操作的计算。
36.在一个实施例中，所述粒子计算模块303包括粒子记录单元，所述粒子记录单元用于：在第一比较对象和第二比较对象执行测量操作时，第一比较对象使用z基测量序列中的粒子，得到测量结果，第二比较对象使用z基测量序列中的粒子，得到测量结果；在第一比较对象和第二比较对象执行反射操作时，将反射粒子发送给第三认证方；第一比较对象和第二比较对象计算得到反射操作结果，根据反射操作结果的值，使用z基制备相同形式的量子比特反馈给第三认证方。
37.在一个实施例中，所述信息比较模块304包括判断对比单元，所述判断对比单元用于：根据第一比较对象反射操作或者测量操作的结果，并根据第二比较对象反射操作或者测量操作的结果，第三认证方进行量子比特的测量，通过测量得到的结果与初始态粒子的比较，确定是否存在窃听者；窃听检查后，当不存在窃听者时，第三认证方计算比较结果，其中， ，表示第一比较对象分组后的秘密信息，表示第二比较对象分组后的秘密信息，和表示测量结果所对应的编码值；通过值的结果，第三认证方公布第一比较对象和第二比较对象的秘密信息是否相等；当时，对于所有的都有，当时，对于所有的满足，则第一比较对象和第二比较对象的秘密信息相等。
38.关于基于半量子模型的量子私有比较系统的具体限定可以参见上文中对于基于半量子模型的量子私有比较方法的限定，在此不再赘述。上述基于半量子模型的量子私有比较系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
39.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。
40.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例
中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
41.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。