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具有特殊性质的量子盲签名方案的设计与分析

具有特殊性质的量子盲签名方案的设计与分析

作者：钟菊秀吉首大学

学位级别：硕士

数字签名是为代替传统物理签名而出现的技术手段,其安全性源于经典的数字加密技术,然而随着量子密码技术的发展,经典密码学的安全性面临着巨大的挑战。量子密码学的安全性则由量子力学基本原理保证,可实现无条件安全性,量子签名是其中... 详细信息

数字签名是为代替传统物理签名而出现的技术手段,其安全性源于经典的数字加密技术,然而随着量子密码技术的发展,经典密码学的安全性面临着巨大的挑战。量子密码学的安全性则由量子力学基本原理保证,可实现无条件安全性,量子签名是其中的一个重要分支。盲签名是一种常用的签名方式,可应用于电子支付,电子投票等需要保护消息隐私的情况下。为了适应于更多不同需求的应用场景,本文致力于研究具有特殊性质的量子盲签名方案,并在完成方案设计的基础上进行安全性分析,具体工作如下:(1)提出了一个基于无纠缠的量子部分盲签名方案。本文通过对Cai等人提出的第一个量子部分盲签名方案进行分析后,发现其方案安全性必须在参与者完全可信,以及通信信道完全安全的情况下才能得到保证。本文所提出的新方案采用无纠缠的方式,引入完全可信的仲裁者,量子密钥分发协议,量子一次一密加密技术,窃听检测等量子技术保证了该方案的无条件安全性。该方案可以应用在一些需要对部分签名消息公开处理,部分消息需要保持盲性的场景,例如电子现金系统。(2)提出了一个基于四粒子cluster态的动态量子群盲签名方案。本文在对Xu等人所提出的无纠缠的量子群盲签名方案进行分析后,发现其方案必须使用匿名的量子信道,才能满足匿名性。本文所提出的方案以四粒子cluster态作为通信信道,cluster态的最大连通性和连续纠缠性在通信过程中有显著的优势,并且该方案可以实现群成员的动态加入和删除,采用量子一次一密加密技术和量子密钥分发协议,使其无条件安全性得到了保证。该方案是群签名与盲签名的结合,可以实现群成员代表整个群对消息进行盲签名,其实际应用体现在电子投票选举系统中。(3)提出了一个基于量子群盲签名的电子投票方案。本文结合电子投票的实际应用,将量子签名技术,四粒子cluster态作为量子通信信道的方法应用于群盲签名中,实现了该量子投票方案。该方案以cluster态作为量子信道,可以有效地保证该方案满足群组性,匿名性,不可重复性等特性,选民的身份信息,投票内容都能实现隐私保护。

关键词：量子部分盲签名量子群盲签名四粒子cluster态量子一次一密

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半量子密钥协商协议的设计与分析

半量子密钥协商协议的设计与分析

作者：庞一博西安邮电大学

学位级别：硕士

随着量子计算的不断发展,依靠数学困难问题和计算复杂度来保证安全的经典密码系统不断受到威胁。因此,近年来由量子力学和密码技术相结合而形成的新兴学科,即量子密码学吸引着大批研究者的探索兴趣。当前,量子密码学已经发展出了多个研... 详细信息

随着量子计算的不断发展,依靠数学困难问题和计算复杂度来保证安全的经典密码系统不断受到威胁。因此,近年来由量子力学和密码技术相结合而形成的新兴学科,即量子密码学吸引着大批研究者的探索兴趣。当前,量子密码学已经发展出了多个研究领域,比如量子密钥分发、量子密钥协商。此外,量子秘密共享、量子安全直接通信、量子认证和量子秘密比较等领域也吸引着广大学者的研究兴趣。其中,量子密钥协商协议是量子密码学研究中的一个重要组成部分,具有重要的应用价值。在现实生活中,量子密钥协商被广泛的应用到端对端通信和物联网等场景。虽然目前的量子密钥协商协议已经能够使所有合法的参与者之间建立一个安全可靠的共享密钥,但是目前的协议对参与者能力和设备的要求较高。为克服这种困难,专家们提出了一种半量子密钥协商协议,它允许协议中的一个或多个参与者只具备单一的量子能力,因此该类协议降低了对参与者能力和设备的要求。目前已有的安全半量子密钥协商协议在协议性能方面存在着一些不足且存在着量子资源浪费的情况。此外,多方半量子密钥协商协议需要一个可信第三方的协助才可以实现。本文针对以上问题做出了改进。本文的目的是设计两个半量子密钥协商协议,它们分别基于G-like态和四粒子cluster态,并对其进行了深入的分析,以证明其具备良好的性能。本文的主要研究内容如下:1通过利用G-like态的特殊纠缠性,设计了一个两方半量子密钥协商协议。该协议可以使两个半量子方在一个具备全量子能力的可信第三方的协助下公平地协商共享密钥。由于两个半量子方只需要执行简单的量子态制备和测量等操作,因此较大程度上降低了对参与者能力和设备的要求。最终,安全性分析证明了该协议可以很好地抵抗参与者攻击和外部攻击。并且,该协议在性能方面也有一定优势。2利用四粒子cluster态的纠缠性,设计了一个四方半量子密钥协商协议。它可以确保三个半量子参与方在一个具备全量子能力的参与方的协助下公平地建立共享密钥。该协议不仅降低了对参与者能力和设备的要求,而且无需可信第三方的参与。最后,分析表明该协议在能够有效地抵御参与者攻击和所有外部攻击的同时具备良好的性能。

关键词：量子密码半量子密钥协商 G-like态四粒子cluster态量子比特效率

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多方半量子密钥协商协议及其安全性

多方半量子密钥协商协议及其安全性

作者：廖强南昌大学

学位级别：硕士

快速发展的量子算法和量子计算机技术,给现有大部分依赖于计算复杂性的传统密码算法带来了巨大的安全威胁。量子密钥协商协议不再依赖数学上的计算复杂度保证其安全性,利用量子比特承载密钥信息,一旦检测到量子比特在传输过程中遭受到... 详细信息

快速发展的量子算法和量子计算机技术,给现有大部分依赖于计算复杂性的传统密码算法带来了巨大的安全威胁。量子密钥协商协议不再依赖数学上的计算复杂度保证其安全性,利用量子比特承载密钥信息,一旦检测到量子比特在传输过程中遭受到恶意窃听便中止协议。量子密钥协商协议能够抵御拥有完全量子能力的窃听者的攻击,保证信息论意义上的无条件安全性。半量子概念有效地降低量子通信的运维成本,有利于促进量子密钥协商的实际应用。本文设计了一个基于四粒子cluster态的多方半量子密钥协商协议,在此基础上构建了两个能够抵抗集体噪声的多方半量子密钥协商协议。本文的主要工作如下:借助代理隐私量子计算,设计了一种利用四粒子cluster态作为量子资源的多方半量子密钥协商协议,并且证明了协议的正确性。参与协议的用户只需要具备在计算基下制备和测量量子比特及将粒子重新排序的能力,将对编码粒子的酉操作委托给不可信量子中心完成,在量子中心的协助下获得最终相同的共享密钥。通过在编码粒子序列中随机插入迷惑态粒子,提出的协议可以抵御来自量子中心的窃听攻击。量子中心在所有参与者完成N轮编码过程之前不会执行联合测量,保证了协议的公平性。此外,由于诱骗态粒子的使用,提出的协议能够抵抗截取重发攻击、截取测量攻击、纠缠测量攻击和篡改攻击。与现有典型的多方量子密钥协商协议相比,由于密集编码方法的使用,当参与者超过五个时,所提出的多方半量子密钥协商协议的量子比特效率更高。在构建的多方半量子密钥协商协议的基础上,用六粒子逻辑态替换四粒子cluster态,设计了两个能够抵抗集体噪声的多方半量子密钥协商协议。协议的发起者不再根据其私钥委托量子中心对编码粒子序列执行编码操作,量子中心无法获知协议发起者的私钥信息,因此所提出的协议可以抵御来自量子中心的窃听攻击。量子中心在完成一轮编码操作后,将受控非门及H门作用于六粒子逻辑态上。量子中心在所有参与者完成N轮编码过程之后再执行联合测量,因此所提出的两个协议对于所有参与者来说是公平的。此外,由于协议中逻辑诱骗态的使用,所提出的协议也能够抵御常见的外部攻击。借助超密编码方法,所提出的两个协议的量子比特效率有所提高。

关键词：半量子密钥协商协议代理隐私量子计算四粒子cluster态逻辑态集体噪声

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量子通信相关问题研究

量子通信相关问题研究

作者：王东西安邮电学院

学位级别：硕士

量子信息科学是由量子力学和信息科学相结合的新兴交叉学科,近二十年来,量子信息科学在理论和实验上都取得了突破性的进展,构造出相对安全的量子密钥分配,量子超密编码,量子隐形传态,尤其是最近提出的量子安全通信。量子通信的发展随着... 详细信息

量子信息科学是由量子力学和信息科学相结合的新兴交叉学科,近二十年来,量子信息科学在理论和实验上都取得了突破性的进展,构造出相对安全的量子密钥分配,量子超密编码,量子隐形传态,尤其是最近提出的量子安全通信。量子通信的发展随着相关理论的研究和硬件技术的发展有了前所未有的进步,在通信过程中,如何使信息在通信双方之间准确、安全、有效地传输成为通信技术的关键技术之一。量子安全通信是量子通信的一个重要分支,其基本原理是通过双方共享处于纠缠态的粒子建立量子信道,然后发送方将她要传送的信息通过幺正变换编码在信道上。根据纠缠交换,这种幺正操作必然引起接受方处的粒子发生相应变化,其后,接受方使用适当的测量基测量,从而确认发送方所作的幺正操作(传送的信息),这就是所谓的量子安全通信。量子通信是将量子力学和信息理论结合后产生的一种新型的通信方式。由于量子力学的物理特性,量子通信有望突破现在信息系统的瓶颈。目前,量子通信主要包括量子隐形传态、量子超密编码、量子秘密共享和量子密钥分配,它们都是量子信息学的重要组成部分。量子安全通信、量子态远程制备也是量子力学的一个特有的现象,它是不同于经典物理的最奇特、最不可思议的现象之一,在量子信息处理过程中,扮演着极为重要的角色,为信息传输和信息处理提供了新的物理资源,开发和应用这些新资源就构成了量子信息学研究的重要目的。本文中,我们提出了基于Bell态、四粒子cluster态、三粒子GHZ态和六粒子cluster态作为信道来制备任意两粒子态或者三粒子态的远程制备方案。本方案成功制备的概率在一般情况和特殊情况下是可以计算的。我们的分析结果表明,在一般情况下,这样的远程态制备可以以特定的概率实现。但在一些特殊情况下,成功的概率可以提高到1/2甚至1。此外,我们还提出了基于四粒子cluster态、四粒子W态确定的安全通信协议。在该协议中,发送者通过幺正变换,将秘密信息编码在四粒子cluster态或四粒子W态上。接受者经过Bell基和两粒子联合测量并交换一些附加的经典信息后,两个合法的用户可以传输秘密信息。此外,在目前的技术情况下,该协议是很可能实现的。

关键词：量子通信远程态制备正交完备基四粒子cluster态六粒子cluster态四粒子W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

利用cluster态实现三粒子纠缠GHZ态的概率隐形传态

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信息工程大学学报 2012年第5期13卷 540-543,557页

作者：杨本朝张昭王洪信息工程大学网络空间安全学院河南郑州450001

提出以具有较强持续纠缠性的部分纠缠四粒子cluster态作为量子信道,分别使用两种测量方法,一种是利用联合幺正变换,另一种是使用最一般的物理测量方法——POVM测量,在协议执行过程中,接收方根据测量结果做相应的幺正操作,可以实现GHZ态... 详细信息

提出以具有较强持续纠缠性的部分纠缠四粒子cluster态作为量子信道,分别使用两种测量方法,一种是利用联合幺正变换,另一种是使用最一般的物理测量方法——POVM测量,在协议执行过程中,接收方根据测量结果做相应的幺正操作,可以实现GHZ态的隐形传态。两种方法隐形传送GHZ态的总概率是相同的。

关键词：隐形传态幺正变换 POVM 四粒子cluster态