基于四粒子纠缠态的两方量子密钥协商协议

量子密钥协商协议允许参与者通过公开的量子信道公平地协商一个共享秘密密钥，任何参与者的子集都不能独立地确定该共享密钥。它的安全性由量子力学原理保证，因此能够实现无条件安全，已经吸引了大量的关注。该文基于四粒子纠缠态和逻辑量子比特，提出了两个分别抵抗集体退相位噪声和集体旋转噪声的鲁棒的两方量子密钥协商协议。安全性分析证明这两个协议既能抵抗参与者和外部攻击，也能成功地抵抗两种特洛伊木马攻击。另外，这两个协议也能达到比较高的量子比特效率。     

基于Bell态的两方互认证量子密钥协商协议

针对已有互认证量子密钥协商协议需要可信或者半可信第三方参与造成的步骤繁琐且通信量大的问题,基于Bell态和其纠缠交换性质提出了一个新的两方量子密钥协商协议。该密钥协商协议无需可信或者半可信第三方的参与,就能实现参与者之间的身份互认证和公平的密钥协商,因此降低了协议的通信复杂度。安全性分析表明,该互认证的密钥协商协议能保证身份认证过程可以抵抗假冒攻击,密钥协商过程能抵抗外部攻击和参与者攻击。另外,与已有互认证量子密钥协商协议相比,该协议的量子比特效率较高,且其量子态制备和测量用现有技术更易实现。     

两方量子密钥协商协议的改进

针对Hsueh和Chen的基于最大纠缠态两方量子密钥协商协议存在安全漏洞,即发送方可单方控制共享密钥的问题,通过增加接收方的幺正操作给出了一个改进方案.利用幺正操作来代替对发送方的安全检测,这从根本上满足了量子密钥协商中各参与者都贡献于共享密钥的生成和分配这一基本要求,从而使其抗发送方攻击的安全性依赖于基本物理原理而非检测光子技术.安全分析表明,该方案可有效抵抗外部攻击和参与者攻击.与另一改进方案相比,该方案以更小的代价解决了原协议的漏洞,提高了协议效率.     

基于W态的量子密钥分配和秘密共享

介绍了W态的特点,证明量子密钥分配和秘密共享方案所基于的W态只能为系数全部相同的对称形式,提出了一种基于W态的量子密钥分发方案。接收方随机非对称地使用消息模式和控制模式来保证该量子密钥分发协议的安全。继而分析该协议的安全性。提出了一种基于W态的量子秘密共享方案,分析了该协议的安全性。与以往采用GHZ最大纠缠态的量子密钥分配和秘密共享方案相比,基于W态的方案效率不高,本文的目的是为了证明可以采用不同于GHZ态之外的其它态用于量子密钥分配和秘密共享。     

三粒子纠缠GHZ态的量子隐形传输

提出实现三粒子纠缠GHZ态的量子隐形传输方案。该方案利用三个二粒子纠缠态作为量子信道,并考虑了量子信道为最大纠缠态的情况,实现三粒子纠缠GHZ态的量子隐形传输。     

基于部分纠缠态的高效量子安全直接通信

基于两粒子部分纠缠态提出一种高效量子安全直接通信方案。该方案利用诱骗态来检测窃听,协议安全性等价于BB84协议的安全性。通信双方分别通过受控非操作和局域幺正变换编码秘密消息,利用von Neumann测量,结合经典通信实现秘密消息的高效直接传递。与现有协议不同,通信双方通过不同的操作编码和传输秘密消息,共享两个不对称的量子信道,同时在恢复秘密消息时通信双方各自持有攻击者不能掌握的关键量子比特,使得协议在理想和噪声信道中均安全。所有纠缠比特都用于传输秘密消息,协议的量子比特效率较高。     

基于QSA的量子密钥协商协议内部攻击分析

量子密钥协商(QKA)是量子密码学的一个重要分支,公平性和安全性是其需要满足的两个关键要求。然而在QKA协议的设计过程中,公平性并没有引起足够的重视。近期有学者提出了一种基于量子搜索算法(QSA)的QKA协议。通过利用贝尔态的纠缠性质对该协议进行内部攻击分析,发现第1个参与者可以在不被接收者检测到的前提下操控最终的共享密钥,即该协议不满足QKA协议公平性的要求。为设计更加安全、公平的QKA协议提供思路。     

基于GHZ态纠缠交换的量子秘密共享

提出了一个基于GHZ态纠缠交换的新的量子秘密共享方案．该方案中，消息发送者Alice通过对GHZ态纠缠交换和局部幺正操作使得接收者Bob和Charlie能直接共享其秘密消息．所提出的方案是高效的，除去用于窃听检测的粒子，其余粒子全部用于消息传输，2个GHZ态纠缠交换可以共享2 bit经典消息．安全分析表明, 该方案是安全的, 适合将三方秘密共享协议推广到多方的情形．     

基于纠缠交换(n-1，n)门限量子秘密共享方案

利用量子纠缠交换的思想,给出了一个(n-1,n)门限量子秘密共享方案(QSS)。发送方利用局域幺正操作和纠缠交换,将子秘密分发给每个参与者。双方通过随机非对称使用消息模式和控制模式来保证量子信道的安全。研究表明,本方案是安全的。与采用GHZ纠缠态的量子秘密共享方案相比,本方案具有较高的效率。同时,本方案的实现只涉及Bell态,在现有的技术基础上是可行的。     

多用户量子密钥分配方案及协议设计

在纠缠态和纠缠交换的基础上,提出一种多用户量子密钥分发方案及协议．该方案只需n个量子信道就可实现n用户系统两两之间的密钥分发．量子交换中心通过纠缠交换建立量子信道,量子信道一旦建立,系统中任意两个用户即可进行量子密钥分发．还探讨了系统容量问题,结合话务量的概念,给出了量子Bell基测量单元数m与用户数n的关系式．量子交换中心完成纠缠交换后不再介入密钥分发,从而保证了通信的安全性．     

高效的基于口令的三方密钥交换协议

基于口令的三方密钥交换协议,通过一个保存了客户的口令或是关于口令的验证值的可信第三方服务器,实现了两个需要相互通信的客户的身份认证和密钥协商。但由于口令的低熵性,使得现有的很多基于口令的三方密钥交换协议容易遭受字典攻击。在现有协议的基础上,利用对称加密算法和Diffie-Hellman两方密钥交换方法,提出了一个高效的基于口令的三方密钥交换协议。该协议能抵御各种现有的攻击,并提供完美的前向安全性。     

利用GHZ态实现可控的量子秘密共享

提出了一种利用Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)态实现秘密重建时机可控的量子秘密共享方案. 该方案充分利用了GHZ态3个粒子间的相关性和Hadamard门的特殊性质,通过让Bob和Charlie共享GHZ态共享联合密钥,并使用Hadamard门保证了协议的可控和安全. 方案中,平均消耗1个GHZ态可以共享3 bit经典信息. 由于所有量子态的传输都是单向的,且除去用于检测窃听的粒子外其他均用于有效传输密钥,所以量子比特效率理论上接近100%.     

利用Bell态纠缠交换的环式量子秘密共享协议

为使量子秘密共享易于实现,提出了一种基于Bell态纠缠交换的协议. 参与方的量子信道构成一个环,通过在环上添加或删除节点可以构造任意多方协议,并且对其他参与方没有任何影响. 分析表明,上述协议不仅能抵抗外部窃听者的窃听,而且能抵抗内部参与方的欺骗,具有无条件安全性.     

基于身份的Ad Hoc网络门限密钥发送协议

目前已提出的多个基于身份的密钥发送协议,由于Ad Hoc网络的特性现有协议都不适用.针对这一问题,提出了一个基于身份的Ad Hoc网络门限密钥发送协议,采用门限秘密共享技术实现系统私钥的分布式生成,并且利用盲签名机制有效地实现了通过公开信道进行密钥的安全发送.本协议中任何网络节点不能假冒用户去获得用户私钥,而且能够抵抗重放攻击、中间人攻击和内部攻击,适宜在Ad Hoc网络中使用.     

利用正交直积态的量子密钥分配协议

基于量子密钥分配协议是目前实现密钥分配最安全的方法,两个三态量子位组成的复合系统中存在一组正交直积态,它可以表现出非定域性。该文提出了一个建立在该系统的非定域性基础上的量子密钥分配协议,协议双方通过交换量子位和集体测量建立起共享的密钥。量子力学的基本原理保证了该协议是无条件安全的,没有第三方可以窃取密钥而不被发现。该协议不需要纠缠态,也不需要做任何量子操作。因此,它更容易在实践中实现,同时具有更高的可靠性与健壮性。     

基于Tropical代数的三方密钥交换协议

三方密钥交换协议允许3个用户在不安全信道上进行平等的密钥协商,以生成共享的安全对话密钥,从而保证公开信道上的三方保密通信。文章在D.Grigoriev等研究(Grigoriev D, Shpilrain V. Tropical Cryptography. Communications in Algebra, 2014, 42(6): 2624-2632)的基础上,提出一种基于Tropical代数构造的三方密钥交换协议。该协议使用新的Tropical代数结构作为构造工具, 将加法运算定义为取最小值运算,将乘法运算定义为一般的整数加法运算。有别于一方服务器两方用户参与的三方密钥交换协议,该协议对参与密钥交换的三方的密钥生成作用是平等的;可以抵抗线性代数攻击,提高安全性;其构造方法实施简单, 可有效降低协议的计算复杂度。