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一种新颖的基于类GHZ态的两方半量子密钥分配协议

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中国科学：物理学、力学、天文学 2022年第12期52卷 28-39页

作者：徐天婕叶天语浙江工商大学信息与电子工程学院杭州310018

本文提出了一种新颖的两方半量子密钥分配(Semiquantum Key Distribution,SQKD)协议,该协议只使用一种类GHZ态.提出的SQKD协议可以实现在无第三方的情况下在一个具有无限量子能力的量子方和一个具有有限量子能力的经典方之间创建一个共... 详细信息

本文提出了一种新颖的两方半量子密钥分配(Semiquantum Key Distribution,SQKD)协议,该协议只使用一种类GHZ态.提出的SQKD协议可以实现在无第三方的情况下在一个具有无限量子能力的量子方和一个具有有限量子能力的经典方之间创建一个共享隐秘密钥.该协议不需要Hadamard门或者纠缠交换操作.详细的安全性分析表明,提出的SQKD协议能够抵御来自外部窃听者的几种著名攻击,如特洛伊木马攻击、纠缠-测量攻击、双重控制非攻击、测量-重发攻击和截获-重发攻击.

关键词：半量子密码半量子密钥分发类GHZ态

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高效的安全多方半量子求和协议

密码学报 2023年第4期10卷 786-795页

作者：李佩珊陈灵丽谢勇李琴湘潭大学计算机学院网络空间安全学院湘潭411105 湖南信息学院计算机科学与工程学院长沙410151

安全多方半量子求和(SMSQS)是指多个互不信任且资源受限的参与方,借助量子第三方(TP)的帮助联合计算出他们私有秘密之和,其求和结果可以根据实际应用场景来设计是否公开,但是协议需确保参与者输入的隐私性和计算结果的正确性.本文提出... 详细信息

安全多方半量子求和(SMSQS)是指多个互不信任且资源受限的参与方,借助量子第三方(TP)的帮助联合计算出他们私有秘密之和,其求和结果可以根据实际应用场景来设计是否公开,但是协议需确保参与者输入的隐私性和计算结果的正确性.本文提出一种第三方TP只需制备单量子比特就可对多个资源受限的参与方进行秘密求和的协议.协议中参与方无论执行直接返回操作或者执行测量返回操作,协议都可以对参与方的秘密进行求和计算,从而提高协议中量子比特的使用效率.其次基于一种d维的量子叠加态给出将参与方秘密数值的维度扩展到高维的SMSQS协议,并通过数学证明和具体实例验证其协议的正确性.通过对所提出的协议进行安全性分析可知它们能够防范拦击重发攻击、测量重发攻击、双CNOT门攻击和TP攻击等典型的攻击行为.

关键词：安全多方计算半量子密码半量子求和

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基于纠缠态的半量子密钥分配协议

基于纠缠态的半量子密钥分配协议

作者：游媛媛南昌大学

学位级别：硕士

作为量子密码学的一个重要研究方向,量子密钥分配旨在实现合法通信参与者之间安全地共享密钥。量子密钥分配协议一般要求所有通信参与者都具备量子能力,而且协议所涉及的多数量子设备都比较昂贵。Boyer等开创性地提出了适用于量子方和... 详细信息

作为量子密码学的一个重要研究方向,量子密钥分配旨在实现合法通信参与者之间安全地共享密钥。量子密钥分配协议一般要求所有通信参与者都具备量子能力,而且协议所涉及的多数量子设备都比较昂贵。Boyer等开创性地提出了适用于量子方和经典方之间的半量子密钥分配协议。为了避免半量子密钥分配协议中攻击者Eve冒充合法参与者Alice或Bob,需要对通信参与者进行身份认证。基于Cluster态和类GHZ态等纠缠态,本文设计了一个半量子身份认证协议和两个半量子密钥分配协议。论文的主要研究工作如下:本文提出了一种基于四粒子Cluster态的半量子身份认证协议,以实现经典方Alice和Bob之间的身份认证。该协议只要求第三方Trent是半可信的。“半可信”意味着第三方Trent必须严格地执行协议步骤,他可能通过信号传输阶段得到的数据来窃取参与者之间的秘密信息。Trent负责制备和分发粒子,而Alice和Bob负责测量和编码粒子序列。所提出的半量子身份认证协议可抵抗冒充攻击、截获重发攻击、纠缠攻击和半可信的第三方攻击。本文提出了一个基于类GHZ态的两方非对等半量子密钥分配协议,并将该协议扩展为多方SQKD协议。“非对等”是指每个通信者独立、随机地选择执行各自的操作。为了提高本协议及扩展协议的效率,采用不同的参数来控制生成的最终密钥中INFO比特、用于检测窃听的TEST比特和CTRL比特在总量子比特中的比例。随着生成INFO比特数量的提高,被丢弃数据的比例将会减少,从而协议效率显著提高。安全性分析表明,所提出的半量子密钥分配协议可抵抗截获重发和测量重发等常见攻击。本文还设计了一种基于四粒子Cluster态的中介半量子密钥分配协议。所提出的中介半量子密钥分配协议允许两个经典参与者Alice和Bob在量子第三方Trent的帮助下安全地共享密钥。所提出的半量子密钥分配协议可以抵抗常见攻击。与现有的半量子密钥分配协议不同,协议中的经典参与者不需安装昂贵的检测设备来抵抗特洛伊木马攻击。提出的中介半量子密钥分配协议更具实用性,因此该协议可应用于无人机自组网系统中,其中地面端相当于具有完全量子能力的量子方,而无人机相当于量子能力受限的经典方。

关键词：半量子密钥分配半量子身份认证类GHZ态 Cluster态半可信第三方半量子密码

基于d维Bell态的单态多方半量子秘密共享

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电子学报 2023年第12期51卷 3444-3449页

作者：陈颖甘志刚叶天语浙江工商大学信息与电子工程学院浙江杭州310018

本文提出了一种基于d维Bell态的单态多方半量子秘密共享(Multiparty Semiquantum Secret Sharing,MSQSS)协议,该协议可以实现“只有当所有接收方协同工作时才能恢复发送方的密钥”这一目标.该协议被证实能够抵抗外部攻击和参与者攻击.... 详细信息

本文提出了一种基于d维Bell态的单态多方半量子秘密共享(Multiparty Semiquantum Secret Sharing,MSQSS)协议,该协议可以实现“只有当所有接收方协同工作时才能恢复发送方的密钥”这一目标.该协议被证实能够抵抗外部攻击和参与者攻击.该协议适用于d维量子系统,仅采用一种d维Bell态作为初始量子资源,且既不需要量子纠缠交换,也不需要酉操作.

关键词：半量子密码多方半量子秘密共享 d维Bell态

基于Cluster态和高维量子态的半量子安全直接通信协议

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基于Cluster态和高维量子态的半量子安全直接通信协议

作者：徐良超南昌大学

学位级别：硕士

量子密码是经典密码学和量子信息学交叉融合的产物,其安全性依赖于量子不可克隆定理和海森堡测不准原理。作为量子密码的一个重要分支,量子安全直接通信致力于在预先不共享密钥的前提下,在合法参与者之间安全传递秘密信息。由于在实时... 详细信息

量子密码是经典密码学和量子信息学交叉融合的产物,其安全性依赖于量子不可克隆定理和海森堡测不准原理。作为量子密码的一个重要分支,量子安全直接通信致力于在预先不共享密钥的前提下,在合法参与者之间安全传递秘密信息。由于在实时通信中具有显著优势,量子安全直接通信一经提出便得到了许多研究者的广泛关注,并随着研究的不断深入,发展出了许多重要的应用类型,如中介量子安全直接通信和多方量子安全直接通信等。然而,现阶段难以满足量子安全直接通信中每一个参与者都拥有昂贵量子设备的要求,因此降低协议执行的门槛成为迫切需要解决的问题。针对该问题,Boyer等在2007年提出了半量子的概念,这个概念很快被引入到量子安全直接通信当中,半量子安全直接通信应运而生。然而,现有的大部分半量子安全直接通信只能实现两个参与方之间的单向秘密信息传递,存在较强的局限性。双向和多方半量子安全直接通信打破了这些局限,更符合未来发展的趋势,本文研究并设计了双向和多方半量子安全直接通信协议,具体工作如下:基于四粒子Cluster态,设计了一个多方半量子安全直接通信协议,包含具有完备量子能力的信息接收方Charlie和只具经典能力的信息发送方Alice和Bob。该协议允许两个发送方同时向另一个量子方发送秘密信息,且通过编码手段可以拓展为一个多方半量子对话协议。此外,通过引入量子纠错编码,本文还设计了一个可以抵抗一定程度噪声的多方半量子安全直接通信协议。相比于现有的半量子安全直接通信协议,本文提出的协议具有更高的时间效率和量子比特效率。安全性分析表明所提出的协议可以抵御截获攻击和测量重发等常见攻击。设计了一个基于高维单粒子态的双向半量子安全直接通信协议,该协议包括量子方Alice和经典方Bob,每个参与方可以同时接收和发送秘密信息。协议中的经典方Bob无需具备粒子测量能力和制备能力,因此该协议在现有的技术条件下更易实现。安全性分析表明:在不被合法通信者发现的情况下,诸如截获重发、测量重发、篡改攻击以及纠缠攻击等常见的攻击手段无法获取秘密信息。此外,该协议利用高维单粒子态作为信息传输的载体,这极大地提高了秘密信息传输效率。

关键词：半量子安全直接通信半量子对话四粒子Cluster态高维单粒子态半量子密码安全性分析

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半量子通信协议的设计与安全性分析

半量子通信协议的设计与安全性分析

作者：祝孔妮南昌大学

学位级别：硕士

量子密码学基于海森堡测不准原理和量子不可克隆定理等物理学特性,具有理论上的无条件安全性,在近几十年发展迅速。量子保密通信要求通信参与方都能够以某种方式操作量子位,即所有参与方都具备量子能力。然而,现阶段满足这个要求还不现... 详细信息

量子密码学基于海森堡测不准原理和量子不可克隆定理等物理学特性,具有理论上的无条件安全性,在近几十年发展迅速。量子保密通信要求通信参与方都能够以某种方式操作量子位,即所有参与方都具备量子能力。然而,现阶段满足这个要求还不现实。为解决该问题,2007年Boyer等首次引入了半量子的概念,提出了第一个半量子密钥分配协议,其中通信参与方包含完全量子方(量子方)和半量子方(经典方)。随着对半量子通信协议和其安全性证明的研究深入,研究者对该领域的兴趣日益浓厚,形成了一个量子密码学的新分支——半量子密码学。对于未来量子通信网络的实现,半量子密码学具有两点优势,减少购买量子设备的费用以及更好的处理量子通信中的硬件故障。本文研究并设计了半量子身份认证协议以及半量子密钥分配协议,具体工作如下:设计了两个基于单量子比特的半量子身份认证协议,包含量子方Alice和经典方Bob。在第一个半量子身份认证协议中,Bob认证Alice的身份,且经典信道不需要经过认证。在第二个协议中,Alice验证Bob的身份,且Bob可以不具备测量能力。半量子身份认证对于保证半量子密钥分配和半量子秘密共享等半量子通信协议的安全具有重大意义。本文所提出的两个半量子身份认证协议可以抵抗常见攻击,并可以应用于现有的一些半量子通信协议中以抵挡中间人攻击。设计了基于四粒子Cluster态的半量子密钥分配协议,该协议可以同时实现一个量子方和两个经典方的密钥分配,并且可被扩展为多于三方参与的通信方案。本文给出的安全性分析证明所提出协议可以抵抗常见攻击。此外,本文还根据量子信息论计算了该协议的密钥率,得出了协议的最大噪声容限。与现有的多方SQKD协议相比,在相同条件下,本协议和扩展后的协议都具有更优的时间效率和量子比特效率。

关键词：半量子身份认证半量子密钥分配 Cluster态半量子密码

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带仲裁的半量子密钥分发协议研究

带仲裁的半量子密钥分发协议研究

作者：陈灵丽湘潭大学

学位级别：硕士

半量子密码学是一门基于经典密码学和量子力学原理的学科,它的安全性不再依赖于未被证明的数学难题假设,而是主要依赖于量子力学原理,例如测不准原理和不可克隆定理等。半量子密钥分发是半量子密码学的一个重要研究方向,它所具备的在信... 详细信息

半量子密码学是一门基于经典密码学和量子力学原理的学科,它的安全性不再依赖于未被证明的数学难题假设,而是主要依赖于量子力学原理,例如测不准原理和不可克隆定理等。半量子密钥分发是半量子密码学的一个重要研究方向,它所具备的在信息理论上的无条件安全性主要由量子力学原理来保证。半量子密钥分发允许仅具备有限量子能力的参与方安全地获得密钥,再结合量子一次一密技术就能安全地进行量子保密通信。带仲裁的半量子密钥分发具备半量子密钥分发相同的安全性。所谓带仲裁的半量子密钥分发是指两个仅拥有受限量子能力的参与方在不可信第三方的帮助下,能够安全地获得密钥。这使得带仲裁的半量子密钥分发协议在实际情况下容易实现,因而应用场景更加广泛。本文主要对三类带仲裁半量子密钥分发协议进行研究,并且在基于单量子态和基于测量设备无关的带仲裁的半量子密钥分发协议方面取得如下成果。1、基于现有的采用双向量子信道的带仲裁的半量子密钥分发协议,基于单量子态提出一种采用单向量子信道的带仲裁的半量子密钥分发协议,降低不可信第三方所需的量子能力,并且密钥率不低于同类协议,同时证明所提出的协议能够抵抗可控非门攻击和集体攻击等,并和同类协议进行对比分析。2、通过去除两个“经典方”的量子测量能力,改进一个基于Bell态的带仲裁的半量子密钥分发协议,提出一个带仲裁的基于测量设备无关的半量子密钥分发协议,且围绕所提出的协议能够抵抗测量攻击和伪态攻击等,来展开安全性分析,并将该协议与原协议进行对比分析。

关键词：半量子密码半量子密钥分发带仲裁的半量子密钥分发量子信息处理