动态分等级量子比特共享协议

量子秘密共享是量子密码研究的一个重要分支,针对多方共享量子比特情况进行研究,提出一个新的动态量子比特共享协议。此协议中,参与共享的成员是分等级的,量子信息的管理者在无需建立新的量子信道的情况下可对秘密重构系统中的参与者进行裁员。裁员后,管理者通过量子操作可以对量子信息进行更新,而剩余的有效参与者无需对自己手中的粒子执行额外操作就可完成新信息重构。此外,还讨论了协议的正确性、安全性及共享成员的等级性。     

利用纠缠态实现任意N粒子量子态的秘密共享

针对量子秘密共享的量子态局限于最大纠缠态的问题,提出一种实现任意N位量子态的秘密共享方案。该方案使用纠缠态作为量子信道,首先发送方对粒子进行Bell基测量,然后接收方Bob或Charlie使用单粒子测量,最后参与者根据Alice和单粒子测量得到的结果,选用合适的联合幺正变换对量子态进行相应的变换,这样可以实现任意N粒子量子态的秘密共享。该方案能够抵御外部窃听者和内部不诚实参与者的攻击,安全性分析表明此方案是安全的。     

基于Bell态的量子秘密共享协议

为提高效率,提出了一种直接共享经典信息的量子秘密共享协议。协议利用Pauli矩阵的特殊性质将经典信息编码在Bell态上实现秘密共享,为了检测是否存在窃听者,通过随机插入诱骗光子的方法确保传输的安全。分析表明该协议是安全的,效率可以达到1个Be11态共享2 bit经典信息。     

基于团簇态的量子秘密共享方案

提出了一个基于团簇态的量子秘密共享方案,发送者通过Pauli操作将经典秘密信息编码在团簇态上进行分发,接收者通过联合测量实现秘密共享。协议插入EPR对作为诱骗态以防止窃听,通过安全性分析证明本协议是安全的,可以抵抗截获-测量、截获-重发和纠缠-测量攻击。此外,协议传输一个四粒子团簇态可以共享四个经典比特信息,量子比特效率达到100%。     

基于GHZ态的无酉操作多方量子秘密共享方案

为了简化多方量子秘密共享协议,利用Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态和互补基特性,提出了一种简单高效的多方量子秘密共享方案。该方案无需进行任何酉操作,发送方和多个接收方之间只需一次量子通信,并使用互补基进行测量即可完成信道安全检测和秘密共享。除去少量用于检测量子信道安全的粒子,其余每个GHZ态粒子共享一个比特的经典信息。安全性分析表明该方案是安全可靠的。     

可验证第三方的量子秘密信息平等互换协议

为了实现通信双方的信息交换,提出一种可验证第三方的量子秘密信息平等互换协议。该协议中,由第三方制备GHZ态,将其中的两个粒子分别发送给通信的双方。通信双方分别对收到的粒子进行泡利操作,然后发送给第三方;第三方对新的GHZ态进行测量并公布测量结果,通信双方根据公布的测量结果能够推测出对方的秘密信息。通过分析可知,该协议能够实现通信双方秘密信息的平等互换,可以对第三方的身份进行认证,第三方负责进行粒子的分发和测量,但不能获得秘密信息。该协议能够检测窃听,同时能够抵御截获重发攻击、中间人攻击和参与者攻击。     

基于d维多粒子纠缠态的(t,n)门限量子秘密共享

为了突破Hilbert空间2维度的局限性，解决秘密重建过程中部分参与者缺席的问题，使用[d]维多粒子纠缠态，提出了一个[(t,n)]门限量子秘密共享方案。秘密分发者制备[n]个[d]维2粒子纠缠对，将第2个粒子分别分发给[n]个参与者。当秘密分发者选择自己手中[t]个粒子进行联合投影测量时，纠缠交换使得参与者手中的对应[t]个粒子坍塌成一个[t]粒子纠缠态。这[t]个参与者通过QFT变换和Pauli运算将份额加入[t]粒子纠缠态。最终，共享的秘密由这[t]个参与者一起合作恢复。安全性分析表明，该方案能抵抗截获-测量-重发攻击、纠缠-测量攻击、合谋攻击和伪造攻击。     

基于量子理论的多方秘密共享方案的构建

量子的独特性质使它在秘密共享方面有着很大的应用前景,但在现实情况下秘密代理者的数目会根据实际情况的不同而发生变化。本文利用五粒子或六粒子的纠缠量子态构造了五和六秘密代理者数目下的量子多方秘密共享方案,在此基础上将其拓展并构建了在n个秘密代理者情况下的秘密共享方案。这使得秘密共享者在秘密代理者数目发生变化时能够选取合适的量子秘密共享方案。此外,在每种秘密代理者数目情形下都使用基于量子纠缠的量子隐形传态的方式实现秘密共享,进一步增加了方案的可选择性。最后,对提出的量子多方秘密共享方案的安全性进行了分析。     

免疫集体噪声的量子密钥协商协议

针对目前免疫集体噪声的量子密钥协商协议的量子比特效率偏低问题,基于逻辑Bell态提出了两个新的量子密钥协商协议,它们分别免疫集体退相位噪声和集体旋转噪声。两个协议利用幺正变换和延迟测量技术,确保了协议双方能公平地建立一个共享密钥。安全性分析证明了这两个协议能抵抗参与者攻击和相关外部攻击。与已有免疫集体噪声的量子密钥协商协议比较,发现新协议有较高的量子比特效率。     

两个基于四粒子纠缠态的量子秘密共享方案

本文分别基于四粒子Cluster态和一个非对称的四粒子纠缠态,提出两个量子秘密共享的方案,其中共享的秘密是未知的单粒子态。秘密的发送者需要对手中的粒子进行Bell基测量,协助者需要对手中的粒子进行测量或者实施幺正操作,最后接收者通过对手中的粒子进行相应的幺正变换或者受控非门操作,就可以重构原始秘密。通过分析表明,任何一个代理者在其他两方协助下是可以恢复秘密的,所以我所提出的方案是高效且安全可靠的。     

利用最大真纠缠六方态共享经典秘密信息

纠缠是一种重要的量子信息资源,Bell态、GHZ态等纠缠态被广泛用于量子秘密共享中。Borras等人发现的最大真六方纠缠态在任意的双方割之间具有最大的纠缠值,已经被证明可用于量子隐形传态,并表现良好的性质。通过分析Borras态的结构,利用广义Schmidt分解工具,构造了一个具体的量子秘密共享协议:事先在Alice和4个代理之间共享一个Borras纠缠态,Alice拥有其中2个qubit,代理们分别拥有它的1个qubit,则Alice可在代理间共享2bit经典信息。     

Quantum broadcast scheme and multi-output quantum teleportation via four-qubit cluster state

In this paper, two theoretical schemes of the arbitrary single-qubit states via four-qubit cluster state are proposed. One is three-party quantum broadcast scheme, which realizes the broadcast among three participants. The other is multi-output quantum teleportation. Both allow two distant receivers to simultaneously and deterministically obtain the arbitrary single-qubit states, respectively. Compared with former schemes of an arbitrary single-qubit state, the proposed schemes realize quantum multi-cast communication efficiently, which enables Bob and Charlie to obtain the states simultaneously in the case of just knowing Alice’s measurement results. The proposed schemes play an important role in quantum information, specially in secret sharing and quantum teleportation.     

基于Cluster态的可验证多方量子密钥协商方案

基于四量子比特Cluster态,提出一种可验证多方量子密钥协商方案.方案允许每次由两个参与者利用自己的子密钥分别在每个四量子比特Cluster态的两个粒子上执行X运算,并对转换后的Cluster态执行延迟测量,这保证了每个参与者对协商密钥的贡献相等.提出的方案使用相互无偏基粒子作为诱饵粒子,并且利用对称二元多项式的一对函数值对这些诱饵粒子执行酉运算,不仅可以进行窃听检验,而且还能进行参与者之间的身份验证.本方案适用于任意大于2的参与者人数.安全性分析表明,提出的方案能够抵抗外部攻击及参与者攻击.与现有的多方密钥协商方案相比,该方案不仅在诱饵粒子的使用上有优势,同时具有较高的量子比特效率.     

基于W态的量子安全直接通信协议

提出了一种新的两方量子安全直接通信协议。该方案利用有序的四粒子W态作为信息载体,利用幺正变换对秘密消息进行编码,通过当地Bell基测量和经典通信直接传递秘密消息。在理想信道下,协议对于非相干攻击是安全的。该方案的优点在于利用W态作为信息载体,较GHZ态而言,损耗要小得多,并且不需要在量子信道中传输载有秘密消息的量子比特。     

基于d维纠缠交换的(t,n)门限量子秘密共享

以d维纠缠交换为技术手段,提出了一个(t, n)门限量子秘密共享方案。该方案执行t次d维纠缠交换,秘密影子聚合于重建者的V_1粒子中。重建者测量该粒子,可重建出共享的秘密。安全性分析可知,提出的方案,能抵抗截获-重发攻击、纠缠-测量攻击、合谋攻击和伪造攻击。性能比较分析表明,相比较于其他现有类似量子秘密共享方案,提出的方案具有更好的灵活性、实用性和普适性。而且总的计算和测量所花费的开销是最低的。     

Multisecret-sharing schemes and bounded distance decoding of linear codes

Error-correcting codes are used to correct errors when messages are transmitted through a noisy communication channel. Bounded distance decoding (i.e. decoding up to the error-correcting capacity) is a method of correcting errors that guarantees unique decoding. Secret sharing is a cryptographic protocol that allows a secret known from a person called the dealer to be distributed to n participants. No single participant knows the secret but some special subsets of participants called coalitions can. In this paper, we present a multisecret-sharing scheme based on an error-correcting code where secret reconstruction is made by using bounded distance decoding of the code. This scheme is ideal in the sense that the size of each secret equals the size of any share. Its security improves on that of multisecret-sharing schemes.     

三态纠缠的可控的量子秘密共享协议

提出由3个节点组成的星型量子网络中,基于三态纠缠的可控的量子秘密共享协议。在协议中,3个节点S₁、S₂、S₃共享2N个GHZ-like states,发送编码序列,利用可控制的状态参量α,将测量结果的联合计算共享密钥。理论分析证明,该协议对于外在的窃听者Eve和内在的窃听者都具有很高的安全性。如果存在窃听者,则必然发现,从而保证了共享量子密钥的安全性。     

基于中国剩余定理的可验证理性秘密共享方案

针对目前理性秘密共享方案不能动态添加和删除参与者的问题,结合博弈论和密码学理论,提出一种动态理性秘密共享方案。方案基于中国剩余定理,在秘密重构过程,可以动态添加和删除参与者,另外方案采用可验证的随机函数,能检验参与者的欺骗行为。参与者不知当前轮是否是测试轮,偏离协议没有遵守协议的收益大,理性的参与者有动机遵守协议,最终每位参与者公平地得到秘密。方案不需要可信者参与,满足弹性均衡,能防止成员间的合谋攻击。     

攻击结构上的参与者有权重的秘密共享方案

针对实际应用中同时涉及参与者权重和攻击结构两方面的问题,根据中国剩余定理,提出了一个基于攻击结构的秘密共享方案。该方案是一种完善的秘密共享方案,具有秘密重构特性和完善保密性,可以有效地防止外部攻击和内部欺骗。所有信息可以明文形式进行传送,不需要安全信道。方案允许参与者动态地加入或退出,攻击结构和共享秘密也可以动态更新,并且各参与者的秘密份额不需要更新。方案的安全性基于Shamir门限方案和离散对数问题的难解性。     

Thwarting intercept-and-resend attack on Zhang’s quantum secret sharing using collective rotation noises

This work deliberately introduces collective-rotation noise into quantum states to prevent an intercept-resend attack on Zhang’s quantum secret sharing scheme over a collective-noise quantum channel (Zhang in Phys A 361:233–238, 2006). The noise recovering capability of the scheme remains intact. With this design, the quantum bit efficiency of the protocol is doubled when compared to Sun et al.’s improvement on Zhang’s scheme (Sun et al. in Opt Commun 283:181–183, 2010).