量子秘密共享及其它多方量子密碼協(xié)議研究.pdf

1、隨著量子信息處理技術(shù)的發(fā)展,量子密碼已引起密碼學(xué)界廣泛的關(guān)注。量子密碼是經(jīng)典密碼學(xué)與量子力學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物,它的安全性由量子力學(xué)基本原理所保證,因而能夠做到無條件安全。量子密碼的研究范疇很廣,具體包括:量子密鑰分配、量子秘密共享、量子密鑰約定、量子安全直接通信、量子認證、量子簽名,以及安全多方量子計算等。本文緊跟量子密碼領(lǐng)域的前沿熱點課題,重點研究量子秘密共享及其它多方量子密碼協(xié)議,主要涉及:分享經(jīng)典消息的量子秘密共享,分享量子消息的量子

2、態(tài)分享,多方量子密鑰約定,多方量子秘密比較,多方量子身份認證等,分別獲得了一些原創(chuàng)性成果。
　　 本文的主要工作和創(chuàng)新如下:
　　 1)較為系統(tǒng)地研究了多方Bell態(tài)和Bell測量間的關(guān)聯(lián)特性,首次構(gòu)建了原始Bell態(tài)和Bell測量間的關(guān)聯(lián)等式。
　　 2)基于此關(guān)聯(lián)等式,設(shè)計了若干高效QSS協(xié)議,具體包括:三方QSS、多方QSS、多方到多方QSS、安全直接通信的QSS、動態(tài)的QSS,并作了相應(yīng)的理論分析。特別地

3、,首次提出了動態(tài)QSS的解決方案。
　　 3)另外,基于更一般的兩光子糾纏純態(tài)作為量子資源,提出了兩類新的QSS實現(xiàn)方案。前者利用混合的編碼方式-兩比特的態(tài)編碼和單比特的酉操作編碼,因而很容易實現(xiàn);而后者引入了廣義測量和密集編碼技術(shù),所以通信效率高。
　　 4)進而,從Bell態(tài)和Bell測量間的關(guān)聯(lián)等式入手,針對兩方和多方情形,分別設(shè)計了兩種量子密鑰約定協(xié)議。尤其,首次提出了多方量子密鑰約定協(xié)議。兩種協(xié)議均不需可信的中

4、心或第三方參與,但均能夠保證協(xié)議公平、安全、有效。
　　 5)提出了基于階乘展開式和Stern-Brocot樹的編碼方法,繼而設(shè)計出兩類量子秘密比較協(xié)議,并研究了它們在多方秘密排序和空間平面位置判定中的應(yīng)用。特別地,提出了兩方比較秘密大小的量子協(xié)議,以及多方量子排序協(xié)議。
　　 6)針對以上多方量子協(xié)議,提出了相應(yīng)的多方量子身份認證協(xié)議。該協(xié)議采用EPR對作為量子資源,能夠同時對任意多方進行身份認證。與傳統(tǒng)方法相比,所需

5、的EPR對從O(n2)量級減少到D(n)量級,進而減少了量子測量及經(jīng)典信息的耗費,從而大大提高了協(xié)議的效率。
　　 7)從一個五方QSTS實例入手,深入研究了實現(xiàn)QSTS所必需的量子、經(jīng)典資源耗費,測量及操作的復(fù)雜性。提出并實現(xiàn)了非對稱QSTS方案,繼而探討了在目前實驗條件下QSTS的最優(yōu)實現(xiàn)。
　　 8)首次提出了一個高效的多量子態(tài)分享方案。在一次分享過程中,基于一個事先共享的糾纏通道,發(fā)送者能夠同時拆分多個任意量子比