基于量子不經(jīng)意密鑰分配的安全協(xié)議設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、伴隨著互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)和飛速發(fā)展，信息的交互變得愈加頻繁，同時(shí)信息交互的量也急劇增長。信息的安全性成為了一個亟待解決的問題，如何保證信息的安全性成了一個重要的研究課題，密碼學(xué)作為保證信息安全的重要手段，自然而然得到了廣泛的關(guān)注和研究。
　　位置隱私保護(hù)是一種在移動終端，無線通信技術(shù)和定位技術(shù)迅猛發(fā)展的情況下產(chǎn)生的關(guān)鍵安全技術(shù)，作為一種可以提供用戶基于位置的服務(wù)(Location-Based Service，LBS)查詢，保證用戶位置隱

2、私和服務(wù)提供商(Service Provider，SP)數(shù)據(jù)庫安全的通信安全手段。盲簽名作為一種信息安全技術(shù)，可應(yīng)用于消息擁有者和簽名者之間身份認(rèn)證、消息認(rèn)證，保護(hù)消息的完整性、一致性和保密性，防止交易過程中偽造和抵賴的發(fā)生。兩者都是現(xiàn)代密碼學(xué)中不可或缺的部分，但是經(jīng)典方案的安全性是基于計(jì)算困難性的，例如，大整數(shù)因數(shù)分解問題和離散對數(shù)問題，隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的提高，特別是量子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，經(jīng)典方案的安全性將會受到嚴(yán)重的威脅。
　　

3、量子密碼學(xué)是由現(xiàn)代密碼學(xué)與量子力學(xué)結(jié)合產(chǎn)生的一門新興交叉學(xué)科，其安全性基于量子力學(xué)基本原理，建立在量子不可克隆等定理之上，可以保證無條件安全性和竊聽可檢測性。
　　量子不經(jīng)意密鑰分配(Oblivious Quantum Key Distribution，OQKD)作為量子密碼學(xué)發(fā)展過程中衍生出的重要且基礎(chǔ)的安全技術(shù)之一，是一種不經(jīng)意密鑰分配方式，不僅可以保護(hù)用戶方的隱私，防止數(shù)據(jù)庫擁有者在用戶查詢數(shù)據(jù)時(shí)竊取用戶隱私，而且能夠保證數(shù)

4、據(jù)庫安全性，防止用戶非法盜取數(shù)據(jù)庫信息。本文緊隨OQKD的前沿研究成果，結(jié)合位置隱私保護(hù)和代理盲簽名等研究領(lǐng)域，提出兩個基于OQKD的安全協(xié)議，并對協(xié)議進(jìn)行了詳細(xì)的安全性證明和效率分析。主要工作成果如下:
　　首先，在六態(tài)量子密鑰分配技術(shù)的啟發(fā)下，提出了一種基于單光子六態(tài)的OQKD，降低了量子態(tài)的開銷，并結(jié)合現(xiàn)有的電子地圖基于位置的服務(wù)查詢需求，提出一個實(shí)際可行保護(hù)位置隱私的量子k近鄰查詢協(xié)議。用戶Alice和服務(wù)提供商Bob首先

5、確定一個查詢區(qū)域，將該區(qū)域細(xì)分成許許多多查詢網(wǎng)格，網(wǎng)格劃分的粒度由查詢精度確定，然后約定一種編碼方式，將查詢網(wǎng)格進(jìn)行編碼;Alice和Bob通過OQKD建立不經(jīng)意密鑰，然后Alice利用隨機(jī)置換矩陣將自己解密的部分密鑰和想要查詢的區(qū)域關(guān)聯(lián)，同時(shí)Bob也利用隨機(jī)置換矩陣對其密鑰進(jìn)行變換，最后Bob利用變換后的密鑰加密數(shù)據(jù)庫，Alice利用變換密鑰解密獲得近鄰查詢服務(wù)。協(xié)議具有很高的安全性，因?yàn)槠浒踩允且粤孔恿W(xué)的基本原理為基礎(chǔ)，而不是傳

6、統(tǒng)的計(jì)算困難性，特別是本協(xié)議將單光子作為量子資源，且只需作投影測量，以現(xiàn)有的技術(shù)極易實(shí)現(xiàn)。
　　其次，結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活中跨行電子支付的實(shí)際需求和OQKD提出了一個高效量子雙重有序盲簽名協(xié)議。消息擁有者計(jì)算經(jīng)典待簽名消息的Hash值，并將其編碼為量子消息。把編碼后的量子消息均分成兩部分，分別發(fā)送給兩個簽名方。簽名方和消息擁有者利用OQKD建立不經(jīng)意的共享信息來實(shí)現(xiàn)簽名。協(xié)議不需要制備任何糾纏資源，只需進(jìn)行單粒子投影測量，在現(xiàn)有技術(shù)條件下