基于量子理論的秘密共享協(xié)議和對話協(xié)議研究.pdf

1、隨著社會(huì)的發(fā)展,人與人之間信息交換變得越發(fā)迫切與頻繁。如何確保交換過程中的信息的安全催生出以此為研究目標(biāo)的一門科學(xué)一密碼學(xué)。然而,目前廣泛應(yīng)用于保密通信中的密碼體制(密碼算法)的安全性大多依賴于沒有嚴(yán)格證明的數(shù)學(xué)難題,隨著經(jīng)典計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的提高和量子分解算法研究領(lǐng)域的重大突破,依賴于數(shù)學(xué)難題的密碼體制的安全性將面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。量子密碼的出現(xiàn)使密碼研究者們擺脫了這一窘境。量子密碼學(xué)是密碼學(xué)與量子力學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物,其安全性受到量子力學(xué)基

2、本規(guī)律的保證。量子不可克隆原理和Heisenberg測不準(zhǔn)原理保證了量子密碼體制具有無條件安全性和對竊聽的可檢測性,因此,量子密碼體制具有良好的性能和應(yīng)用前景。本文緊跟量子密碼協(xié)議研究領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)問題,主要取得了以下成果:
　　 (1)基于兩粒子糾纏態(tài)提出一個(gè)高效的量子秘密共享協(xié)議。協(xié)議中,除去用作檢測竊聽的粒子外,所有的EPR糾纏對均可以用作生成最終的秘密信息,因此,協(xié)議的理論效率接近100％。協(xié)議可以抵抗內(nèi)部成員的攻擊,諸

3、如不可見光子檢測攻擊、特洛伊木馬攻擊以及密集編碼攻擊對于提出的協(xié)議都是無效的,同時(shí),一種被稱為不透明欺騙攻擊的有效性也被首次分析。
　　 (2)指出兩個(gè)高效的具有高容量的量子秘密共享協(xié)議中存在的安全性問題并給出相應(yīng)的改進(jìn)方案。改進(jìn)的協(xié)議是基于對兩粒子糾纏態(tài)直接編碼而不是通過對某些特定的局部正交變換的編碼來實(shí)現(xiàn),協(xié)議是安全高效的；同時(shí),我們將協(xié)議成功的推廣到多方的情況,為此類協(xié)議的進(jìn)一步的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；最后,我們對此類量子

4、秘密共享協(xié)議中存在的一個(gè)有趣但是非常重要的問題(即協(xié)議中共享的消息不是由Boss而是由代理聯(lián)合生成的,這是與量子秘密共享的應(yīng)用情景相違背的)展開討論,通過對我們提出的協(xié)議做一些細(xì)微的修改即可避免此問題。
　　 (3)分析了一個(gè)基于X-類型糾纏態(tài)的三方量子秘密共享協(xié)議中存在的安全隱患并給出相應(yīng)的改進(jìn)方案。通過截獲一重發(fā)攻擊,協(xié)議中的不誠實(shí)成員Bob(注意,并不是Charlie)可以在沒有Charlie的幫助下完全獲得Alice所有

5、的秘密信息。
　　 (4)指出一個(gè)基于Bell態(tài)測量的量子秘密共享協(xié)議中的不安全性并給出相應(yīng)的改進(jìn)方案。在原協(xié)議中,任何代理Alice(或Bob)可以在沒有別的成員的幫助下非法的獲得Trent的一半秘密消息:通過修改量子態(tài)和經(jīng)典信息的對照表,最終使得協(xié)議安全；改進(jìn)的協(xié)議擁有以下的優(yōu)點(diǎn):(a)成員不需要制備任何量子態(tài),也不需要執(zhí)行對粒子的任何局部正交變換操作；(b)在生成最終的秘密時(shí),所有的成員唯一需要做的就是對糾纏對做Bell態(tài)

6、測量；(c)除了在檢測竊聽階段需要傳輸經(jīng)典信息外,協(xié)議在執(zhí)行過程中不需要傳遞任何經(jīng)典信息；(d)所有的信息只需在量子信道中傳輸一次,這也就意味著由于信道中存在噪聲而損失的粒子很少。
　　 (5)指出一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)多方與多方之間秘密共享的量子秘密共享協(xié)議中存在的安全性隱患并給出相應(yīng)的改進(jìn)方案。在原協(xié)議中,群組1中的最后一個(gè)成員可以非法獲得協(xié)議中的大部分秘密。
　　 (6)基于單粒子提出一個(gè)具有高量子比特利用率的量子對話協(xié)議,