文章总结： 本文深入分析了某量子计算CTF题目的server.py源码，阐述了利用H门和CX门构造量子纠缠态以满足特定量子态验证条件的解题思路。文章详细讲解了代码逻辑与量子门原理，并提供了使用pwntools发送特定指令序列以获取Flag的实战脚本。 综合评分： 93 文章分类： CTF,代码审计,实战经验
量子安全 quantum ctf Global Hyperlink Zone Hack the box
枫林路大砍刀
看雪学苑
2025年12月31日 17:59 上海
代码分析server.py
首先，拿到了一个server.py文件，我们先来分析代码：
一上来是定义了一个类，然后引用了包和设置aer
from qiskit import QuantumCircuit, transpile
from qiskit_aer import Aer
class Hyperlink:
def __init__(self):
self.backend = Aer.get_backend("qasm_simulator")#设置AER
generate_circuit
接下来是第一个方法，生成量子线路，也就是mai函数中调用到的：
参数是instructions，对应不同的量子操作例如他代码中的样例：H:0;CX:0,1
这段主要是进行了格式检查和量子线路的数量检查
def generate_circuit(self, instructions: str):
circuit = QuantumCircuit(5)
instructions = instructions.split(";")
for instr in instructions:
parts = instr.split(":")
if len(parts) != 2:
print(f"Invalid instruction: {instr}. Expected format: <gate>:<params>")
print("Examples: H:<target> | CX:<control>,<target>")
return None
gate, params = parts
try:
params = [ int(p) for p in params.split(",") ]
except:
print("Quantum gate input parameters must be integers.")
print("Examples: H:0 | CX:0,1")
return None
if any(n >= circuit.num_qubits for n in params):
print(f"Qubit indexes must be less than {circuit.num_qubits}")
return None
接下来是判断输入的算符，每道题能用到的算符是不一样的，这道题能用的是H,S,T,X这四个单量子比特算符和CX,CY,CZ这三个受控双量子比特，受控门的参数设置一般为（控制位，目标位），比如cx（0，1）的意思就是根据0号电路来对于1号电路进行受控x
if len(params) == 1:
if gate == "H": circuit.h(params[0])
elif gate == "S": circuit.s(params[0])
elif gate == "T": circuit.t(params[0])
elif gate == "X": circuit.x(params[0])
else:
print(f"Quantum gate '{gate}' is invalid or unexpected with 1 parameter.")
return None
elif len(params) == 2:
if params[0] == params[1]:
print("Control and target qubits must be different.")
return None
if gate == "CX": circuit.cx(params[0], params[1])
elif gate == "CY": circuit.cy(params[0], params[1])
elif gate == "CZ": circuit.cz(params[0], params[1])
else:
print(f"Quantum gate '{gate}' is invalid or unexpected with 2 parameters.")
return None
else:
print(f"Unsupported number of parameters ({len(params)}) for quantum gate '{gate}'.")
return None
circuit.measure_all()
return circuit
initialize_hyperlink
这个是一个量子状态检查的代码，在main函数被调用用来检查量子是否处于题目要求的状态，如果返回值为true那么我们就可以获得flag了。
首先他会创建一个电路，然后使用刚才的生成电路的函数来制造电路，也就是会加入我们输入的操作。
之后获取每一条量子线路的测量结果，要求满足
q0=q1=q3,
q2=q4,
q4!=q2
(qn表示第n条线路)
满足这个条件即可为true
def initialize_hyperlink(self, instructions, shots = 256):
if len(instructions) == 0:
print("len false")
return False
circuit = self.generate_circuit(instructions)
if not circuit:
print("circuit false")
return False
compiled = transpile(circuit, self.backend)
results = self.backend.run(compiled, shots = shots, memory = True).result()
shares = [""] * 5
for bits in results.get_memory():
for i, bit in enumerate(bits[::-1]):
shares[i] += bit
shares = [ int(share, 2).to_bytes(32, byteorder = "big") for share in shares ]
if any(set(share) in ({0}, {255}) for share in shares):
print("shareswrong",shares)
return False
print(shares)
if (
shares[0] == shares[1] and
shares[1] == shares[3] and
shares[2] == shares[4] and
shares[4] != shares[0]
):
return True
return False
main
main函数主要是先读取我们的操作，然后使用初始化判断来判断是否满足条件，满足即可获得flag。
hyperlink = Hyperlink()
while True:
instructions = input('Specify the instructions : ')
init = hyperlink.initialize_hyperlink(instructions)
if not init:
print("Incorrect Hyperlink connection pattern. Try again.")
continue
print(f"Hyperlink initialized successfully! Connection ID: {open('flag.txt').read()}")
#
总结量子计算相关知识
量子电路
类似经典电路每条线为0或者1，量子电路用态来表示，每条电路有基态|0>,激发态|1>,也会有叠加态。
一条电路上的态可以用这个式子来表示，即为量子态|k>=a|0>+b|1>，
其中a和b为振幅，振幅的平方表示观测时得到该态的概率，当然如果不观测就不知道具体是0还是1，处于叠加态。上式a，b还满足：
即为概率和为1。
如下图，有五条量子线路，每个初始态都默认为0态
量子算符，量子门
这里先只介绍这道题要用到电路门，其他的之后遇到再补充。
H
图示为他以线性代数的表达方式，所有量子门运算都可以用线性代数进行推导。即为矩阵相乘
H门的作用普通的如下
也就是让0和1态变成叠加态，同时也可以发现作用两次H相当于没作用，还会复原成原貌。
X
X门也是相位翻转门，即它可以把0变成1，1变成0
对于叠加态也是如此
CX(CNOT)
控制比特通常用点（●）表示，目标比特用⊕表示，两者用线连接
| | | | | | — | — | — | — | | 控制位 | 目标位 | 输出控制位 | 输出目标位 | | 0 | 0 | 0 | 0 | | 0 | 1 | 0 | 1 | | 1 | 0 | 1 | 1 | | 1 | 1 | 1 | 0 |
当控制比特处于叠加态时，CX门可以使得两个量子比特的状态相互关联，从而制备出纠缠态，这是经典计算无法实现的现象
比如初始q0为1/根2（|0>+|1>），此时|q0q1>为1/根2（|0>+|1>）直积|0>也就是1/根2（|00>+|10>）,此时以q0作为控制比特，q1作为目标比特使用cx(0,1),那么结果会变成|q0q1>为1/根2（|00>+|11>）如果观测到一个为0，那么会坍缩到|00>，反之坍缩到|11>
解题
根据上面的三个门，为了满足目标条件：
q0=q1=q3,
q2=q4,
q4!=q2
我们可以想到，让0，1，3使用cx相互纠缠，2，4使用cx相互纠缠。
那么即可让0，1，3相等，2，4相等。
推导如下：
最后因为我原先是打pwn的最近在搞量子计算，所以我选择使用pwntools进行交互。
from pwn import *
context(log_level="debug",os="linux")
io = process(['python', 'server.py'])
io.recvuntil(b"instructions : ")
io.sendline(b"H:0;CX:0,1;CX:0,3;H:2;CX:2,4")
io.interactive()
#
看雪ID：枫林路大砍刀
https://bbs.kanxue.com/user-home-1008959.htm
*本文为看雪论坛优秀文章，由 枫林路大砍刀 原创，转载请注明来自看雪社区
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