基于節點信任的量子信任評估方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種量子信任評估方法，尤其設及基于節點信任的量子信任評估方 法。
【背景技術】
[0002] 量子通信是指利用量子相干疊加、量子糾纏效應和量子隱形傳態進行信息傳遞的 一種新型的通訊方式，而現有的量子通信安全協議和技術等都隱含地與信任相關，或者預 先假定了某種信任前提，或者目的是為了創建或獲得某種信任關系。因此，類似于經典網 絡，量子通信網絡中對信任的研究主要討論兩種相互關聯的信任關系：（1)客觀信任（對客 體節點的信任）是基于證據的信任，因而可W精確地描述、推理和驗證；（2)主觀信任（主 體節點的信任，主體節點是指由人或人和客體節點的混合體所構成的個體或群體），作為一 種認知現象，是一種主觀信念，是對主體節點的特定特征或行為的特定級別的主觀判斷，而 運種主觀判斷是獨立于對主體特征和行為的監控的。主觀信任是客觀信任的重要前提和基 礎，其本質上是基于信念的，具有很大的不確定性（表現為隨機性、多樣性和模糊性），無法 精確地加W描述和驗證。而對主觀信任進行形式化研究的主要困難也在于如何對運種不確 定性進行建模。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的就在于為了解決上述問題而提出基于節點信任的量子信任評估方 法。
[0004] 本發明通過W下技術方案來實現上述目的： 陽〇化]本發明包括量子信任模型的建模和量子信任評估的方法，
[0006] 量子信任模型的建模：
[0007] 在量子通信中，一個量子態可W表示為I 4 >= a |〇〉+0 |1〉，其中a2+e2= 1; 同時還考慮到量子通信網絡中，信任具有隨機性、多樣性和模糊性等不確定性因素，因此借 助于直覺模糊集的隸屬度和非隸屬度理論來描述各個節點隸屬于某個因數的隸屬度；
[0008] 定義1 :設U為非空集合，Ui為U中的元素，U上的一個直覺模糊集定義為：
[0009] A ={< Ui, JiA(Ui), ^A(Ui) > IUiE U}
[0010] 定義2 :假定量子通信網絡中的第i個節點Ui,評價其信任值的第j個因素用量子 態|?,〉" =COS刮巧+Sin刮1>表示；但由于在實際應用中，每個信任因素的重要程度不同，在此 給每個信任因素增加一個權重因素tj;運樣，評價第i個用戶的信任值可W表示為：
〇)
[0012] 根據定義1和公式（1)中的cos2 0 ,是U1對第j個信任因素的隸屬度，Sin2 0 ,是 Ui對第j個因素的非隸屬度，COS2 0 ,+Sin2 0 ,= 1;t,(j= 1，2,. . .，m)為每個信任因素的 權重系數，滿足Zr,.二I. 片，
[0013] 把量子通信網絡中評價各節點Ui信任值的各因數用模糊直覺集理論的隸屬度和 非隸屬度來描述，完成了各節點主觀信任的建模，將該模型稱之為量子信任模型；
[0014] 量子信任評估的方法：
[0015] 步驟1 :初始化階段
[0016] 假定事先Ui已通過注冊的方式將其有關信任的信息存儲在TTP那里，用量子態表 示為：
(2) m 陽〇1引在式似中，各信任因素的權重系數tj滿足= I. 0對應第j個信任因素；丫 1 對. '， 對應第i個節點綜合信任的描述，COS^ Y 1是U 1對j個信任因素的隸屬度，Sin 2 Y 1是U 1對 j個f旨任因素的非隸屬度，COS Yi+sin Yi二1，其中i二1,2,
[0019] 假定TTP與各用戶Ui之間共享一對處于糾纏態中的量子比特 r〉。= (600) + 1] 1〉)/尤巧中粒子T歸TTP所有，粒子A歸Ui所有，為了舉例方便，設定U 3想 和Ul通信；
[0020] 步驟2 :叫通過經典信道向TTP發送希望與U 1通信的請求；
[0021] 步驟3 :TTP收到請求并確認是U3后，并告知U 1，U3想和他通信；
[0022] 步驟4 :借助于量子隱形傳態實現信任值的傳遞； 陽〇2引 TTP將Ui預先保存在它那里的信任值信息，由TTP制備成U 1信任值的量子態 巧氣,=COsrJ巧+細n|i〉，通過量子信道發送給叫，具體過程如下：
[0024] ①TTP對量子態K),,,和粒子T進行Bell基聯合測量，得到測量結果；
[002引具體做法是：TTP將其制備成的量子態1巧=COS/i|0〉十Sinri|l〉，與他們共享的處 于糾纏態中的量子態的粒子T和粒子A進行《@:，，運算，得到S粒子體 系|P),,，所處的量子態為：
陽027] 在式（3)中的@為張量積，|<1)%、|<1)\4、|4%和|4\4為四個8611態，分別 為：
[0032] ②TTP把測量結果發送給咕
[003引③U3根據收到的經典信息，只需對他擁有的粒子A做相對應的操作，恢復出U 1信 任值的原始量子態k>,,, =COsnI巧+ sin/i|l〉；
[0034] 設定節點事先與TTP已約定：經典信息00、01、10和11分別代表TTP的測量結果 4、a、I 4〉TA、I 和I 4〉TA。當叫收到TTP發送的信息00、01、10和11時，就做相對 應的么正操作，即可得到Ui信任值的量子態K〉。, =COSrjl};
[00對步驟5叫根據恢復出的K),,, =cos;^i|0) +加沖），計算出Ui的信任值，并根據計算 出的f目任值評判是否f目任Ui。
[0036] 本發明的有益效果在于：
[0037] 本發明是基于節點信任的量子信任評估方法，與現有技術相比，本發明W基于信 任節點的可信量子中繼網絡為研究對象，將信任管理引入到量子通信網絡中，W評價節點 的信任值作為基礎來構建安全可信的量子通信網絡，并W信任值作為評判量子通信網絡中 各用戶是否可信的依據；借助于量子糾纏效應和量子隱形傳態等獨有特性，研究并提出了 基于節點信任的量子信任評估方法，對量子信任評估的思路及過程進行了詳細的說明；最 后分析了本發明提出的基于節點信任的量子信任評估方法的可行性、合理性和安全性，運 為建立安全可信的量子通信網絡提供了一種有價值的新思路和新方法。
【附圖說明】
[0038] 圖1是具有可信第=方TTP的量子通信網絡結構圖；
[0039] 圖2是具有可信第=方TTP的量子信任評估流程圖。
【具體實施方式】
[0040] 下面結合附圖對本發明作進一步說明：
[0041] 基于節點信任的量子信任評估方法的思路：
[0042] 通過分析發現，在基于信任節點的可信中繼網絡中，各節點之間的信任評估可W 借助于可信第S方TTP(trusted third party)來進行評價。假若在量子通信網絡中有n 個節點（用戶）叫，U2,. . .，U。和一個可信第S方TTP，各節點在加入到量子通信網絡時首先 要在TTP進行注冊登記（比如提交歷史信譽度、身份信息等屬性）；注冊登記時，借助于直 覺模糊集的隸屬度和非隸屬度理論來刻畫各節點屬性的不確定性，完成主觀信任的定量描 述（即主觀信任的數學建模）；各節點間在進行安全通信前，借助于量子糾纏態、量子隱形 傳態等獲取某節點有關信任的信息；然后根據獲取節點的信任值信息，計算某節點的信任 值，再根據計算出來的信任值來評價對方是否可信。
[0043] 基于節點信任的量子信任評估的具體思路（如圖1所示）：假定節點U3想和節點 Ui通信，但是U3并不知道U1是否可信，為了防止U1欺騙U3,1?從TTP那里獲取有關評價U1 信任的相關信息，U3借助于TTP提供的信息，計算出U1的信任值，并根據信任值來評判U1是 否可信。注：圖1中考慮到網絡結構圖的清晰，圖中TTP只標注了 Ui、U3、U3;
[0044] 如圖2所示，本發明包括量子信任模型的建模和量子信任評估的方法，
[0045] 量子信任模型的建模：
[0046] 在量子通信中，一個量子態可W表示為I4>=a|〇〉+6I1〉，其中a2+P2二1; 同時還考慮到量子通信網絡中，信任具有隨機性、多樣性和模糊性等不確定性因素，因此借 助于直覺模糊集的隸屬度和非隸屬度理論來描述各個節點隸屬于某個因數的隸屬度；
[0047] 定義1 :設U為非空集合，Ui(i= 1，2，...，n)為U中的元素，U上的一個直覺模糊 集定義為： |；0048]A={<Ui,JiA(Ui), ^A(Ui) >IUiEU} W例其中，- [0,1]，馬 臣[(川；Ua:U- [0,1]，[化U 陽0加]對于ViVg瓜，0《H A相）+ U A相）《1。 陽05U ^A(Ui)表示U對集合A的隸屬度，UA(Ui)表示Ui對集合A的非隸屬度。 陽0巧定義2:如圖1所示，假定量子通信網絡中的第i個節點Ui(i=1，2, . . .，n)，評價 其信任值的第j(j = 1，2, . . .，m)個因素用量子態h〉,,, 陽+加刮1}表示；但由于在實 際應用中，每個信任因素的重要程度不同，在此給每個信任因素增加一個權重因素ti(j=1，2,...，m);運樣，評價第i個用戶的信任值可W表示為： '訊 陽05引 I巧.),,,=公/COSA10〉+Sin刮 1>) (I)
[0054]根據定義1和公式（1)中的cos2 0 ,是U 1對第j個信任因素的隸屬度，Sin 2 0 ,是 Ui對第j個因素的非隸屬度，COS20,+Sin20,=1;t,(j = 1，2,. ..，m)為每個信任因素的 m 權重系數，滿足2>,二！。 知.1 陽化5] 把量子通信網絡中評價各節點Ui(i=1，2, ...，n)信任值的各因數用模糊直覺集 理論的隸屬度和非隸屬度來描述，比較客觀地反映了主觀信任的實際情況（主觀信任的不 確定性），完成了各節點主觀信任的建模，本發明將該模型稱之為量子信任模型。
[0056] 量子信任評估的方法：
[0057] 步驟1 :初始化階段
[0058] 假定事先Ui(i= 1，2, ...，n)已通過注冊的方式將其有關信任的信息存儲在TTP 那里，用量子態（在發送前由TTP制備）表示為：
化 柳6〇] 在似式中，各信任因素的權重系數tj滿足Z，',' = 1. 0對應第j個信任因素；丫 1 護 1 , 對應第i個節點綜合信任的描述，COS^ Y 1是U 1對j個信任因素的隸屬度，Sin 2 Y 1是U 1對j個f旨任因素的非隸屬度，COS Yi+sin Yi二1，其中i二1,2, ...,no
[0061] 假定TTP與各用戶UiQ二1，2，...，n)之間共享一對處于糾纏態中的量子比特 r〉￡4 = (I 〇〇〉- 11〉)/~5，其中粒子T (第1個量子比特）歸TTP所有，粒子A (第2個量子比 特）歸Ui(i=1，2,...，n)所有。為了舉例方便，我們假定U3想和U1通信（圖1中用加粗 線條表示）。
[0062] 步驟2 :叫通過經典信道向TTP發送希望與U 1通信的請求。
[0063] 步驟3 :TTP收到請求并確認是叫后，并告知U 1，叫想和他通信。
[0064] 步驟4 :借助于量子隱形傳態實現信任值的傳遞。 W65] TTP將Ui預先保存在它那里的信任值信息，由TTP制備成U 1信任值的量子態 A)。, =cos/i|〇>+sinri|i〉（即要隱形傳態的量子態），通過量子信道發送給叫，具體過程如 下：
[0066] ①TTP對量子態K),,,和粒子