量子保密查询协议与安全性问题研究

• 作 者: 李娜
• 机 构: 北京邮电大学
• 出 处: 北京邮电大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 量子保密查询 联合噪声 用户隐私 实时错误检测 量子网络查询

随着量子计算和量子信息的发展,量子保密查询成为量子密码应用领域的一个重要分支。自从2008年第一个量子保密查询协议一GLM协议被提出后,出现了许多量子保密查询协议,其中基于不经意密钥传输的量子保密查询协议因其实用性成为主流。尽管协议中的主要障碍已被消除,但有些问题仍然值得进一步研究。因此,研究更加安全的基于不经意密钥传输的量子保密查询协议与安全性问题成为量子密码应用研究领域的热点问题。本论文针对量子保密查询发展进程中面临的一些问题,设计并分析了更加安全的基于不经意密钥传输的量子保密查询协议,具体研究内容如下。（1）针对信道噪声问题,通过分析环境导致的联合噪声对不经意密钥传输安全性的影响,提出了一种基于单量子比特测量的普适抗联合噪声的量子保密查询协议,并分析了协议的安全性。对无噪声子空间中的量子比特进行编码,可以抵抗联合噪声,减少量子传输中引入的错误,且仅需要单量子比特测量。安全性分析表明,特殊的编码方式在量子随机性的基础上提高了 Alice测量结果的不确定性,降低了不诚实Bob攻击的概率,保证了优异的用户隐私。（2）针对用户隐私问题,提出了一种基于一个量子态的增强用户隐私的量子保密查询协议,并分析了协议的安全性。基于一个退相干无关态,实现了更优异的用户隐私,并可以抵抗联合噪声。安全性分析表明,不诚实Bob攻击的概率进一步降低,增强了用户隐私。只使用一个量子态,降低了通信复杂性。普适抗联合噪声,可以减少量子传输中引入的错误。（3）针对传输错误处理问题,通过分析外部攻击对基于纠缠交换的不经意密钥传输安全性的影响,提出了一种单向的基于迭代程序设计的实时错误检测的量子保密查询协议,并分析了协议的安全性。通过迭代程序设计,实现了实时错误检测。这个错误包括信道噪声或外部攻击或二者共同引起的错误,从而可以抵抗信道噪声和外部攻击。安全性分析表明,检测外部攻击的同时实现了对Alice的诚实测试,不需要检测Bob的欺骗确保了优异的用户隐私。单向量子通信降低了通信复杂性,并且可以抵抗特洛伊木马攻击,增强了安全性。（4）扩展点对点量子保密查询,提出了一种基于量子第三方的网络保密查询协议。该协议将点对点量子保密查询扩展到多用户量子网络保密查询,基于量子第三方,建立了新的保密查询机制。双层网络拓扑结构以及相应的网络保密查询协议可以确保快速安全的网络保密查询。在多量子比特GHZ态量子相关性的保护下,Alice和Bob的隐私受到保护,免受第三方的伪纠缠攻击和外部攻击,并且无法通过量子存储攻击获得彼此的隐私。该协议有潜力推动量子保密查询协议研究的进展。