(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210344383.9 (22)申请日 2022.03.31 (71)申请人 南京邮电大 学 地址 210003 江苏省南京市 鼓楼区新模范 马路66号 (72)发明人 姬亮　张春辉　王琴　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 周科技 (51)Int.Cl. H04L 9/32(2006.01) H04L 9/08(2006.01) (54)发明名称 一种参考系无关量子数字 签名方法 (57)摘要 本发明提出一种参考系无关量子数字签名 方法， 应用于量子签名系统之中。 量子数字签名 系统包括用户端Alice、 Bob、 Charlie三方参与 者， 其中Alice属于签名者， Bob、 Charlie属于被 签名者。 该方法包括密钥分发阶段和消息阶段， 在密钥分发阶段利用参考系无关量子密钥分发 协议产生密钥， 然后 在消息阶段通过使用以上过 程生成的密钥完成量子数字签名。 本协议在用户 参考系之间存在比较大偏转角的情况下， 仍然可 以保持较高的签名率， 其表现优于现有的BB84量 子数字签名协议。 权利要求书3页 说明书10页 附图1页 CN 114745129 A 2022.07.12 CN 114745129 A 1.一种参考系无关量子数字签名方法， 应用于量子数字签名传输系统， 量子数字签名 系统包括用户端Al ice、 Bob、 C harlie， 其特征在于， 该 方法包括密钥分发阶段和 消息阶段； 在密钥分发阶段， Alice作为发送方， 发送N个脉冲， Bob和Charlie作为接收方， 具体步 骤为： (1)在密钥产生过程中， 根据参考系无关的量子密钥分发协议， 定义发送方Alice随机 选择基ZA,XA,YA来制备发送态； 接收方随机选择基ZB(C),XB(C),YB(C)来测量接收到的态， 其中β 表示偏转角， 并且随时间变化： ZB(C)＝ZA XB(C)＝cosβ XA+sinβ YA YB(C)＝cosβ YA‑sinβ XA 其中Z基， X基， Y基每种基都有两种态， 一种是positive态， 用Z0,X0,Y0来表示， 一种是 negative态， 用Z1,X1,Y1来表示； 对于Al ice， (2)发送方Alice随机制 备BB84态和诱骗态序列， 用于对要发送的单比特消息m进行签 名， 并发送给Bob或Char lie； 接收端存在两个单光子探测器， 在j ‑光子发送情况下的有效响 应事件的概率为 其中d表示暗计数率； (3)然后Bob和Charlie随机选择X基、 Z基或Y基进行投影测量并公布测量结果； 对于弱 相干态， 当信号态强度u或诱骗态强度v为 λ 的情况下， 发送基 为ξA， 测量基为ξB(C)时的增益为 QBER为 其中QBER为 量子比特误码率， 由以下公式得 出： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114745129 A 2其中λ∈(u,v)， ξAξB(C)∈{ZAZB(C),XAXB(C),XAYB(C),YAXB(C),YAYB(C)}； 表示在强度为λ 的条件下， 发送端发送 接收端用 测量的概率， 其他 同理； 表 示泊松分布； η表示 单光子信号的总透过率, ηd为探测效率， α 代表损耗率， S为传输距离， ed为 本底误码； (4)Alice和Bob或Charlie通过公共通道进行对基， 并保留Z基匹配的结果作为原始密 钥， X基和Y基用来估计窃听者的信息量； 定义IE为窃听方通过窃听获取的信息量： 其中 为ξAξB(C)基下单光子误码率的最大 上界， 和 为中间参数， CE为窃听方获取的有关信息统计量； H为二元香农熵函数， 满足H(x)＝ ‑xlog2 (x)‑(1‑x)log2(1‑x)； (5)Alice和Bob或Charlie从原始脉冲数N中随机选择部分比特k用于估计信道传输时 的误码， 若误码大于一定值， 则终止协议； 定义Alice与Bob之间， Bob选取部分比特后剩余 n位比特为 Alice选取部分比特后剩 余n位比特为 定义Alice与Charlie之间， Alice选取部分比特后剩余n位比特为 Charlie选取部分比特后剩余 n位比特为 (6)Bob将自己的剩余的n位比特作为密钥分为等长的两份， 分别记为 和 并将 通过安全的经典信道发送给Charlie； 同理Charlie将自己剩 余的n 位比特作为密钥分为等长的两份， 分别记为 和 并将 通过安全的经 典信道发送给Bob； 交换后Bob持有的对称密钥为 Charlie持有的对称密钥为 在消息阶段， 发送方Alice将要签名的消息m和签名 发送给Bob和Charlie； 消息 阶段包括： (7)Alice将消息和签名(m,Sigm)发送给接收方Bob,Sigm表示对消息m的签名， 其中 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114745129 A 3