基于節(jié)點(diǎn)信任的量子信任評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種量子信任評(píng)估方法，尤其設(shè)及基于節(jié)點(diǎn)信任的量子信任評(píng)估方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 量子通信是指利用量子相干疊加、量子糾纏效應(yīng)和量子隱形傳態(tài)進(jìn)行信息傳遞的 一種新型的通訊方式，而現(xiàn)有的量子通信安全協(xié)議和技術(shù)等都隱含地與信任相關(guān)，或者預(yù) 先假定了某種信任前提，或者目的是為了創(chuàng)建或獲得某種信任關(guān)系。因此，類似于經(jīng)典網(wǎng) 絡(luò)，量子通信網(wǎng)絡(luò)中對(duì)信任的研究主要討論兩種相互關(guān)聯(lián)的信任關(guān)系：（1)客觀信任（對(duì)客 體節(jié)點(diǎn)的信任）是基于證據(jù)的信任，因而可W精確地描述、推理和驗(yàn)證；（2)主觀信任（主 體節(jié)點(diǎn)的信任，主體節(jié)點(diǎn)是指由人或人和客體節(jié)點(diǎn)的混合體所構(gòu)成的個(gè)體或群體），作為一 種認(rèn)知現(xiàn)象，是一種主觀信念，是對(duì)主體節(jié)點(diǎn)的特定特征或行為的特定級(jí)別的主觀判斷，而 運(yùn)種主觀判斷是獨(dú)立于對(duì)主體特征和行為的監(jiān)控的。主觀信任是客觀信任的重要前提和基 礎(chǔ)，其本質(zhì)上是基于信念的，具有很大的不確定性（表現(xiàn)為隨機(jī)性、多樣性和模糊性），無(wú)法 精確地加W描述和驗(yàn)證。而對(duì)主觀信任進(jìn)行形式化研究的主要困難也在于如何對(duì)運(yùn)種不確 定性進(jìn)行建模。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問(wèn)題而提出基于節(jié)點(diǎn)信任的量子信任評(píng)估方 法。
[0004] 本發(fā)明通過(guò)W下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的： 陽(yáng)〇化]本發(fā)明包括量子信任模型的建模和量子信任評(píng)估的方法，
[0006] 量子信任模型的建模：
[0007] 在量子通信中，一個(gè)量子態(tài)可W表示為I 4 >= a |〇〉+0 |1〉，其中a2+e2= 1; 同時(shí)還考慮到量子通信網(wǎng)絡(luò)中，信任具有隨機(jī)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(lái)描述各個(gè)節(jié)點(diǎn)隸屬于某個(gè)因數(shù)的隸屬度；
[0008] 定義1 :設(shè)U為非空集合，Ui為U中的元素，U上的一個(gè)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(wǎng)絡(luò)中的第i個(gè)節(jié)點(diǎn)Ui,評(píng)價(jià)其信任值的第j個(gè)因素用量子 態(tài)|?,〉" =COS刮巧+Sin刮1>表示；但由于在實(shí)際應(yīng)用中，每個(gè)信任因素的重要程度不同，在此 給每個(gè)信任因素增加一個(gè)權(quán)重因素tj;運(yùn)樣，評(píng)價(jià)第i個(gè)用戶的信任值可W表示為：
〇)
[0012] 根據(jù)定義1和公式（1)中的cos2 0 ,是U1對(duì)第j個(gè)信任因素的隸屬度，Sin2 0 ,是 Ui對(duì)第j個(gè)因素的非隸屬度，COS2 0 ,+Sin2 0 ,= 1;t,(j= 1，2,. . .，m)為每個(gè)信任因素的 權(quán)重系數(shù)，滿足Zr,.二I. 片，
[0013] 把量子通信網(wǎng)絡(luò)中評(píng)價(jià)各節(jié)點(diǎn)Ui信任值的各因數(shù)用模糊直覺集理論的隸屬度和 非隸屬度來(lái)描述，完成了各節(jié)點(diǎn)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(píng)估的方法：
[0015] 步驟1 :初始化階段
[0016] 假定事先Ui已通過(guò)注冊(cè)的方式將其有關(guān)信任的信息存儲(chǔ)在TTP那里，用量子態(tài)表 示為：
(2) m 陽(yáng)〇1引在式似中，各信任因素的權(quán)重系數(shù)tj滿足= I. 0對(duì)應(yīng)第j個(gè)信任因素；丫 1 對(duì). '， 對(duì)應(yīng)第i個(gè)節(jié)點(diǎn)綜合信任的描述，COS^ Y 1是U 1對(duì)j個(gè)信任因素的隸屬度，Sin 2 Y 1是U 1對(duì) j個(gè)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(duì)處于糾纏態(tài)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(shè)定U 3想 和Ul通信；
[0020] 步驟2 :叫通過(guò)經(jīng)典信道向TTP發(fā)送希望與U 1通信的請(qǐng)求；
[0021] 步驟3 :TTP收到請(qǐng)求并確認(rèn)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(tài)實(shí)現(xiàn)信任值的傳遞； 陽(yáng)〇2引 TTP將Ui預(yù)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(tài) 巧氣,=COsrJ巧+細(xì)n|i〉，通過(guò)量子信道發(fā)送給叫，具體過(guò)程如下：
[0024] ①TTP對(duì)量子態(tài)K),,,和粒子T進(jìn)行Bell基聯(lián)合測(cè)量，得到測(cè)量結(jié)果；
[002引具體做法是：TTP將其制備成的量子態(tài)1巧=COS/i|0〉十Sinri|l〉，與他們共享的處 于糾纏態(tài)中的量子態(tài)的粒子T和粒子A進(jìn)行《@:，，運(yùn)算，得到S粒子體 系|P),,，所處的量子態(tài)為：
陽(yáng)027] 在式（3)中的@為張量積，|<1)%、|<1)\4、|4%和|4\4為四個(gè)8611態(tài)，分別 為：
[0032] ②TTP把測(cè)量結(jié)果發(fā)送給咕
[003引③U3根據(jù)收到的經(jīng)典信息，只需對(duì)他擁有的粒子A做相對(duì)應(yīng)的操作，恢復(fù)出U 1信 任值的原始量子態(tài)k>,,, =COsnI巧+ sin/i|l〉；
[0034] 設(shè)定節(jié)點(diǎn)事先與TTP已約定：經(jīng)典信息00、01、10和11分別代表TTP的測(cè)量結(jié)果 4、a、I 4〉TA、I 和I 4〉TA。當(dāng)叫收到TTP發(fā)送的信息00、01、10和11時(shí)，就做相對(duì) 應(yīng)的么正操作，即可得到Ui信任值的量子態(tài)K〉。, =COSrjl};
[00對(duì)步驟5叫根據(jù)恢復(fù)出的K),,, =cos;^i|0) +加沖），計(jì)算出Ui的信任值，并根據(jù)計(jì)算 出的f目任值評(píng)判是否f目任Ui。
[0036] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0037] 本發(fā)明是基于節(jié)點(diǎn)信任的量子信任評(píng)估方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明W基于信 任節(jié)點(diǎn)的可信量子中繼網(wǎng)絡(luò)為研究對(duì)象，將信任管理引入到量子通信網(wǎng)絡(luò)中，W評(píng)價(jià)節(jié)點(diǎn) 的信任值作為基礎(chǔ)來(lái)構(gòu)建安全可信的量子通信網(wǎng)絡(luò)，并W信任值作為評(píng)判量子通信網(wǎng)絡(luò)中 各用戶是否可信的依據(jù)；借助于量子糾纏效應(yīng)和量子隱形傳態(tài)等獨(dú)有特性，研究并提出了 基于節(jié)點(diǎn)信任的量子信任評(píng)估方法，對(duì)量子信任評(píng)估的思路及過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明；最 后分析了本發(fā)明提出的基于節(jié)點(diǎn)信任的量子信任評(píng)估方法的可行性、合理性和安全性，運(yùn) 為建立安全可信的量子通信網(wǎng)絡(luò)提供了一種有價(jià)值的新思路和新方法。
【附圖說(shuō)明】
[0038] 圖1是具有可信第=方TTP的量子通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖；
[0039] 圖2是具有可信第=方TTP的量子信任評(píng)估流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：
[0041] 基于節(jié)點(diǎn)信任的量子信任評(píng)估方法的思路：
[0042] 通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，在基于信任節(jié)點(diǎn)的可信中繼網(wǎng)絡(luò)中，各節(jié)點(diǎn)之間的信任評(píng)估可W 借助于可信第S方TTP(trusted third party)來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。假若在量子通信網(wǎng)絡(luò)中有n 個(gè)節(jié)點(diǎn)（用戶）叫，U2,. . .，U。和一個(gè)可信第S方TTP，各節(jié)點(diǎn)在加入到量子通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)首先 要在TTP進(jìn)行注冊(cè)登記（比如提交歷史信譽(yù)度、身份信息等屬性）；注冊(cè)登記時(shí)，借助于直 覺模糊集的隸屬度和非隸屬度理論來(lái)刻畫各節(jié)點(diǎn)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(shù)學(xué)建模）；各節(jié)點(diǎn)間在進(jìn)行安全通信前，借助于量子糾纏態(tài)、量子隱形 傳態(tài)等獲取某節(jié)點(diǎn)有關(guān)信任的信息；然后根據(jù)獲取節(jié)點(diǎn)的信任值信息，計(jì)算某節(jié)點(diǎn)的信任 值，再根據(jù)計(jì)算出來(lái)的信任值來(lái)評(píng)價(jià)對(duì)方是否可信。
[0043] 基于節(jié)點(diǎn)信任的量子信任評(píng)估的具體思路（如圖1所示）：假定節(jié)點(diǎn)U3想和節(jié)點(diǎn) 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(guān)評(píng)價(jià)U1 信任的相關(guān)信息，U3借助于TTP提供的信息，計(jì)算出U1的信任值，并根據(jù)信任值來(lái)評(píng)判U1是 否可信。注：圖1中考慮到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖的清晰，圖中TTP只標(biāo)注了 Ui、U3、U3;
[0044] 如圖2所示，本發(fā)明包括量子信任模型的建模和量子信任評(píng)估的方法，
[0045] 量子信任模型的建模：
[0046] 在量子通信中，一個(gè)量子態(tài)可W表示為I4>=a|〇〉+6I1〉，其中a2+P2二1; 同時(shí)還考慮到量子通信網(wǎng)絡(luò)中，信任具有隨機(jī)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(lái)描述各個(gè)節(jié)點(diǎn)隸屬于某個(gè)因數(shù)的隸屬度；
[0047] 定義1 :設(shè)U為非空集合，Ui(i= 1，2，...，n)為U中的元素，U上的一個(gè)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(yáng)0加]對(duì)于ViVg瓜，0《H A相）+ U A相）《1。 陽(yáng)05U ^A(Ui)表示U對(duì)集合A的隸屬度，UA(Ui)表示Ui對(duì)集合A的非隸屬度。 陽(yáng)0巧定義2:如圖1所示，假定量子通信網(wǎng)絡(luò)中的第i個(gè)節(jié)點(diǎn)Ui(i=1，2, . . .，n)，評(píng)價(jià) 其信任值的第j(j = 1，2, . . .，m)個(gè)因素用量子態(tài)h〉,,, 陽(yáng)+加刮1}表示；但由于在實(shí) 際應(yīng)用中，每個(gè)信任因素的重要程度不同，在此給每個(gè)信任因素增加一個(gè)權(quán)重因素ti(j=1，2,...，m);運(yùn)樣，評(píng)價(jià)第i個(gè)用戶的信任值可W表示為： '訊 陽(yáng)05引 I巧.),,,=公/COSA10〉+Sin刮 1>) (I)
[0054]根據(jù)定義1和公式（1)中的cos2 0 ,是U 1對(duì)第j個(gè)信任因素的隸屬度，Sin 2 0 ,是 Ui對(duì)第j個(gè)因素的非隸屬度，COS20,+Sin20,=1;t,(j = 1，2,. ..，m)為每個(gè)信任因素的 m 權(quán)重系數(shù)，滿足2>,二！。 知.1 陽(yáng)化5] 把量子通信網(wǎng)絡(luò)中評(píng)價(jià)各節(jié)點(diǎn)Ui(i=1，2, ...，n)信任值的各因數(shù)用模糊直覺集 理論的隸屬度和非隸屬度來(lái)描述，比較客觀地反映了主觀信任的實(shí)際情況（主觀信任的不 確定性），完成了各節(jié)點(diǎn)主觀信任的建模，本發(fā)明將該模型稱之為量子信任模型。
[0056] 量子信任評(píng)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(guò)注冊(cè)的方式將其有關(guān)信任的信息存儲(chǔ)在TTP 那里，用量子態(tài)（在發(fā)送前由TTP制備）表示為：
化 柳6〇] 在似式中，各信任因素的權(quán)重系數(shù)tj滿足Z，',' = 1. 0對(duì)應(yīng)第j個(gè)信任因素；丫 1 護(hù) 1 , 對(duì)應(yīng)第i個(gè)節(jié)點(diǎn)綜合信任的描述，COS^ Y 1是U 1對(duì)j個(gè)信任因素的隸屬度，Sin 2 Y 1是U 1對(duì)j個(gè)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(duì)處于糾纏態(tài)中的量子比特 r〉￡4 = (I 〇〇〉- 11〉)/~5，其中粒子T (第1個(gè)量子比特）歸TTP所有，粒子A (第2個(gè)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(guò)經(jīng)典信道向TTP發(fā)送希望與U 1通信的請(qǐng)求。
[0063] 步驟3 :TTP收到請(qǐng)求并確認(rèn)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(tài)實(shí)現(xiàn)信任值的傳遞。 W65] TTP將Ui預(yù)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(tài) A)。, =cos/i|〇>+sinri|i〉（即要隱形傳態(tài)的量子態(tài)），通過(guò)量子信道發(fā)送給叫，具體過(guò)程如 下：
[0066] ①TTP對(duì)量子態(tài)K),,,和粒子