量子多方密码方案的设计与分析

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:deng15088151952
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着信息技术的不断发展,保证数据安全地传输和存储已经得到了全世界的重视。但是量子计算的发展使得目前广泛使用的RSA,Diffie-Heilman等经典公钥密码体系不能够再提供高级别的加密安全。因此理论上可以做到信息论安全的量子密码如量子密钥分发协议,其内置的安全性基于量子力学基本原理,将是用来加密信息进行安全传输和存储的较好选择。本文紧跟量子密码学的前沿研究,考虑了在多方参与者的情形下如何设计分析量子密码方案,以及在安全性方面如何抵御多方合谋攻击,具体的研究内容包括:1.利用Hilbert空间H2和Hd上的相互无偏基的累加特性,并结合经典的(t,n)门限秘密共享方案分别提出了两个非纠缠的门限量子秘密共享方案。方案能够保证至少t个参与者合作就能恢复秘密但是少于t个参与者将不能获得有关秘密的任何信息。其次参与者只需连续对单量子系统施加嵌入信息的酉操作即可完成最初量子态的重构,最终经过测量即可恢复秘密。在安全性方面,方案不仅具有信息论安全,同时也能抵御各种量子攻击策略,甚至是少于t个参与者的合谋攻击,而且利用额外的量子态即可构建验证方程来检验恢复秘密的正确性,这杜绝了参与者的窃听欺骗等攻击。最后在前面两个方案的基础上,总结了一般设计方法进而提出了一个可验证非纠缠量子秘密共享框架,它保留了可扩展,门限结构等特性,而且给出了可验证机制的一般设计方法,这大大提高了依据该框架而设计的方案的安全性。2.量子安全多方计算可以使得多方参与者在获得计算结果的同时保证输入的私密性。本文考虑在有限域GF(d)上,针对如何实现n元变量多项式函数的安全多方计算的问题,提出了两个方案,它们只需利用量子资源在一次执行下就能完成函数的计算。这两个方案一种是基于具有可加性的量子随机行走,另一种是利用了n粒子纠缠态和量子傅里叶变换。并且方案巧妙地借助乘法份额转加法份额的方法顺利完成了非线性单项的计算,进而可以完成整个多项式的计算,甚至那些可以进行级数展开的函数也能够被渐进计算。理论分析结果表明,所提出的方案对具有无限计算能力的被动对手是安全的,包括n-2方的合谋攻击。最后在IBM Q Experience上演示了第二个方案在d=2时的特殊实例。原则上,随着高维量子计算的实现和控制的进展,所提出的方案最终可以在任意d维的实验中实现。3.同态加密允许在不预先解密的情况下处理加密数据,这可以很好的保护数据的隐私性。本文考虑同态加密是否可以应用到多方参与者的情形,即秘密持有者加密信息后,其要求n个解密者合作才能进行解密,并且解密的过程中保持各自解密密钥的私密性。针对该情形,提出了一个n方量子同态加解密方案,它是由一个基于随机基的同态加密方案扩展而来。然后,在可验证量子秘密共享框架下,结合所提出的多方解密方案推导出了一个非纠缠的门限量子秘密共享方案。这两个方案的操作流程都比较简单,只需要对通信的量子态进行顺序解密即可,并且以完全紧凑和非交互的方式支持同态。理论分析表明方案是完全正确的,同时还可以借助私密量子信道在连续变量情形下的扩展定义,给出所提出方案的安全性证明。最后,在IBM提供的量子计算云平台上,分别演示了多方同态加解密和门限秘密共享方案的一个实例,且最终的实验结果完全符合预期,证实了方案是可行的。
其他文献
随着航空涡轮发动机向高推重比和高流量比的方向不断发展,要求发动机的涡轮前进口温度不断提高,在高温合金叶片表面涂覆热障涂层是必然选择。热障涂层依靠最外层陶瓷层隔绝大部分热量,并借助金属过渡层将基体和陶瓷层粘结。金属粘结层是热障涂层体系中最为关键的部分,它作为储铝层,为其表面保护性Al2O3膜的生长提供充足的Al源,从而实现对高温合金基体的高温腐蚀防护。然而,高铝涂层与单晶合金基体间势必会因成分差异而
学位
2022年的河北中考化学既是“双减”政策实施后的第一年,又是依据《义务教育化学课程标准(2022年版)》(以下简称“2022年课标”)进行命题的第一年。基于2022年课标,结合命题新政策,全面分析河北中考化学试题,并针对一些典型试题,研究学生的错误答案、剖析学生答错的原因,以梳理、总结出其对日常教学和中考复习的启示,如此既可提高学习效率,又可促进以素养为本的高质量化学教学走向常态。
期刊
高考评价体系由“一核”“四层”“四翼”三部分组成。其中,“创新性”是“四翼”考查要求中的一个重要维度,创新性试题是考查学生创新思维及核心价值观念的有力工具。本研究对2023年高考全国卷生物学创新性试题进行分析,发现其关注社会科技发展,彰显价值引领;注重联系回归教材,体现课标变化;深入考查重要概念,反映学科本质联系;关注创新能力,变“学会”为“会学”。据此进一步探究创新性试题对教学的启示,以期更好地
期刊
生物集群运动在自然界中广泛存在且倍受关注,其中蕴含了复杂的流体力学、生物学和社会学机制,对生物集群行为的物理机理分析及仿生应用具有重要意义。本文采用格子玻尔兹曼方法、变形体动力学、浸没边界法及深度强化学习算法相结合的方法,数值研究了包含两个或多个波状运动翼型系统的自主运动问题,并对其中的部分或全部个体进行了主动控制。本文的结果对鱼类的集群游动有一定启示,主要工作及研究成果如下:(1)设计并开发了基
学位
金属锂因其高的理论比容量(3860mAhg-1)及低的氧化还原电位(-3.045 vs.标准氢电极),被认为是锂基电池体系最理想的负极材料。然而,金属锂在可逆电解/电沉积过程中,枝晶生长与不稳定的固态电解质界面(Solid electrolyte interphase,SEI)膜给金属锂负极电池带来安全隐患、库伦效率低与循环稳定性差等问题,制约了其实用化。因此,抑制锂枝晶的生长并优化SEI膜的成分
学位
三维视觉是人类认知世界的重要途径,人类的感知信息绝大部分来源于视觉信号。随着多媒体技术的发展,真实感和浸入感逐渐成为一个重要的发展方向。与传统技术相比,光场成像技术可以同时记录光线的强度信息和角度信息,因而可以提供额外的观看体验,如自由切换视角,主动重聚焦等等。光场技术也因此被视为最终实现六自由度体验的关键技术。但目前光场的实际应用尚存在一些问题:光场数据量巨大,对存储和传输都构成了巨大的挑战,而
学位
期刊
马氏体时效钢作为超高强度钢的重要成员,可以通过在中等温度下进行时效处理析出纳米级的析出相来实现材料的强化。这类钢具有超高强度、高延展性和高韧性,因此成为火箭发动机外壳、潜艇外壳和低温导弹等结构件的首选材料。了解马氏体时效钢在时效过程中的析出相演变规律,探究析出相的作用机制,是开发综合性能优异的马氏体时效钢的基础。在马氏体时效钢中,各种纳米析出相的种类、形貌及其热稳定性与材料成分以及热处理制度密切相
学位
协作多点(Coordinated Multi-Point,CoMP)通信技术,利用分布在空间中的多个站点之间的协作,可以有效提高用户(特别是边缘用户)的服务质量(Quality of Service,QoS)。然而,传统的CoMP技术基于正交多址接入(Orthogonal Multiple Access,OMA)技术,这使得系统的频谱利用率不高。例如,当多个站点协同服务一个边缘用户时,每个站点须要
学位
近年来,推荐系统已经被广泛应用于各大互联网平台中,为解决信息过载问题提供了有效的解决方案。推荐系统的目的是根据物品的属性(价值)和用户的偏好,从大规模物品池中挑选出用户感兴趣的物品并进行推荐,以此来满足用户的需求。因此,其核心主要包含三个方面。首先,推荐系统需要能够准确描述物品的价值;其次,推荐系统需要能够深入理解用户的偏好行为;最后,面对大规模物品和用户时,推荐系统需要能够高效地对模型进行训练以
学位