基于量子不经意密钥传输的保密块查询协议研究与设计

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对称私人信息检索问题旨在保护通信双方的隐私安全,它允许用户从数据库中检索一个条目同时避免泄露检索地址给数据库拥有者。然而经典的对称私人信息检索方案是基于数学上的困难假设,容易受到量子计算机的攻击。随着量子力学在信息处理领域的发展和深入应用,它引入的信息论安全性已经在一些协议中得到证实,例如量子密钥分配、量子安全直接通信、量子机器学习,更值得一提的还有具有信息论安全的量子保密查询。作为一种实用的保密查询协议——基于量子不经意密钥传输的保密查询协议,在抵抗信道损失和用于大数据查询方面具有独特的优势,比早期提出的基于Oracle的保密查询协议在实际应用上更有意义。本文基于不经意密钥传输对量子保密查询协议在实用性和安全性方面进行深入的研究,并设计了两种量子保密块查询协议:借助一个二维量子系统,提出一个实用的量子保密块查询协议。在该协议中,二维量子系统用于灵活的控制用户获得关于最终密钥的信息。对于不同的数据库规模,协议可以同时具有较高的数据库安全性和较低的失败概率。其次,提出的置乱移位加操作不仅解决了数据库中固有的安全问题,还可以达到嵌入纠错过程和极大的压缩用户在此过程额外得到的关于最终密钥信息的双重目的。借助一个特殊的置换移位加操作,提出一个基于RRDPS-QKD的量子保密块查询协议。该协议基于RRDPS-QKD进行用户和数据库间密钥分配,它保证每传送一个脉冲序列,Alice总是能准确的知道其中一个脉冲所在的位置。另外置换移位加技术在后处理部分完成了一个困难的任务,即快速地实现理想数据库安全,同时消除失败概率。更重要的是,即使在非理想光源条件下,该方案也能达到理想数据库安全和零失败概率。
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