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。     

基于逻辑单粒子的多方量子密钥协商协议

集体噪声对量子密码协议的影响不可忽视,然而可抵抗集体噪声的多方量子密钥协商（MQKA）协议还很少。为了抵抗集体噪声的影响,分别针对可抗集体退相位噪声的逻辑单粒子和可抗集体旋转噪声的逻辑单粒子提出了两组逻辑酉算符,使得将其作用在逻辑单粒子上后,其中两个酉算符不改变测量基,而另外两个会改变测量基。基于此性质提出一个MQKA协议。首先,每个参与者传输逻辑单粒子给下一位;然后,该逻辑单粒子经过其他所有参与者的加密重新回到这个参与者,形成一个“环形”;最后,通过测量来获取共享密钥。安全性分析证明,该协议能够抵抗截取重发攻击、纠缠测量攻击以及参与者攻击;效率分析表明,该协议具有较高的量子比特效率。     

基于半量子秘密比较的量子拍卖协议

针对量子密封拍卖协议中报价隐私保护不足、第三方不可信、对参与双方量子能力要求较高等情况，提出了一种将高能级单粒子作为信息载体的基于半量子秘密比较的量子密封投标拍卖协议。协议过程无需第三方参与，且采用半量子方式，仅要求拍卖方为强量子能力方，投标方仅需拥有反射粒子及制备单粒子的能力。协议利用半量子秘密比较，实现对投标方报价的隐私保护，拍卖方仅能获得报价之间的大小关系，而无法获取具体报价。文中通过理论分析证明了所提协议具有较高的安全性，能够抵御测量-重发攻击、截获-重发攻击、纠缠攻击、共谋攻击等多种攻击，且协议通信效率较稳定，不受投标人数的影响。     

基于极化单光子的高效安全量子秘密共享方案

为进一步提高量子秘密共享协议的效率和安全性,结合量子Grove搜索算法提出一种基于极化单光子的量子秘密共享协议.效率分析结果表明,该方案可以将全部量子态用于密钥共享,理论效率为100%.在方案的安全性证明中,借助量子Grove算子和量子纠缠特性得出方案能够有效抵抗中间人攻击,同时该方案利用辅助量子态进行监视,能够以高概率检测特洛伊木马攻击.通过对Grove算子进行高维推广,证明了方案推广到(n,n)的可行性和实用性.     

一种基于[7,1]CSS纠错码的量子密钥分配协议

量子密钥分配协议具有可证明的绝对安全性,但是由于量子信道噪声的作用,量子比特在传输过程中容易产生错误,从而降低量子密钥分配的效率。对此,根据量子纠错理论,利用Hamming码构造一种[7,1]CSS纠错码,并结合BB84协议,提出一种改进的量子密钥分配协议。通过理论分析与数值计算,对比改进协议与BB84协议在含噪声量子信道中的传输错误率,结果表明改进的量子密钥分配协议相比于BB84协议提高了对信道噪声的抵抗能力。     

一种抗量子攻击的RFID安全认证协议研究北大核心CSCD

针对量子计算机对现有RFID系统的公钥密码体制(RSA、ECC)的安全性带来了巨大冲击,提出了一种基于NTRU密码体制的RFID相互认证协议,NTRU密码体制能够抵抗量子攻击且加解密速度快、密钥短、安全性高。将NTUR密码体制和具有不可预测性的真随机数发生器相结合,保证每次传输的数据都具有不可预测性,能够有效抵抗跟踪攻击、假冒攻击、重放攻击等安全隐私问题,并且实现了三方相互认证。通过GNY逻辑对协议安全性进行了形式化证明,证明了协议的可行性,最后与其他相关协议对比分析,表明所提出协议的安全性和计算效率更高。     

使用Bell态的量子多方秘密共享协议

提出一个n方量子秘密共享协议。该协议使用Bell态粒子,通过参与者陆续进行Pauli操作和H操作完成秘密的共享。在通信方面,该协议利用量子信道完成秘密的直接共享,而经典信道则负责完成安全检验,确保共享过程的安全。在安全性方面,该协议可以抵抗中间人攻击以及内部不诚实参与者攻击。     

基于高维纠缠态的量子密钥分发协议

为了提高量子密钥分发的效率和安全性,利用高维Hilbert空间中的Bell态和Hadamard门设计了一种量子密钥分发协议。首先通过量子态的动态演变验证了三维Bell纠缠态在Z基和X基下具有不同的表示特性,然后以此为基础进行协议设计,其中利用Z基测量来检测窃听,利用X基测量来产生密钥。安全性分析表明,该协议可以抵抗截获重发、纠缠附加粒子和特洛伊木马三种常见的攻击。最后将协议与其他方案进行了比较,该协议在保证量子比特效率50%的基础上,安全性也有所提升。     

高效的安全多方半量子求和协议

安全多方半量子求和(SMSQS)是指多个互不信任且资源受限的参与方,借助量子第三方(TP)的帮助联合计算出他们私有秘密之和,其求和结果可以根据实际应用场景来设计是否公开,但是协议需确保参与者输入的隐私性和计算结果的正确性.本文提出一种第三方TP只需制备单量子比特就可对多个资源受限的参与方进行秘密求和的协议.协议中参与方无论执行直接返回操作或者执行测量返回操作,协议都可以对参与方的秘密进行求和计算,从而提高协议中量子比特的使用效率.其次基于一种d维的量子叠加态给出将参与方秘密数值的维度扩展到高维的SMSQS协议,并通过数学证明和具体实例验证其协议的正确性.通过对所提出的协议进行安全性分析可知它们能够防范拦击重发攻击、测量重发攻击、双CNOT门攻击和TP攻击等典型的攻击行为.     

有噪声的BB84量子密码协议的改进

把量子力学应用到密码学中产生了一个新的学科———量子密码学。量子密码提供的密钥交换方式,能够自动检查是否有人在窃听,这是公钥体制所不具备的。该文对有噪声的BB84协议作了一些改进,以增强安全性、提高效率。这种改进方案对其它带有噪声的量子密码协议同样适用。     

改进的基于奇偶校验码的McEliece变型方案

McEliece公钥加密体制是基于编码理论的公钥密码体制,其安全性可以归约到一般线性码译码问题,可以抵抗量子攻击。提出了一种改进的基于准循环中密度奇偶校验（QC-MDPC）码和准循环低密度奇偶校验（QC-LDPC）码的McEliece变型方案。主要改进是将QC-LDPC码和QC-MDPC码的奇偶校验矩阵结合作为私钥,生成两者的级联码字应用于McEliece变型方案,并且给出了改进的译码算法。分析表明在80 bit安全参数下该体制密钥量小且实现的复杂度低,能抵抗最近提出的分别针对QC-MDPC和QC-LDPC体制的密钥恢复攻击。     

基于对称W态和身份认证的安全量子通信协议

由于W态纠缠的强鲁棒性,它被认为是更适用于量子信息处理和量子安全通信的信息载体。针对4粒子W态或3粒子非对称W态量子直接通信效率低下或物理实现困难等缺陷,利用3粒子对称W态和量子身份认证机制,提出了一种新的确定型安全量子通信协议。该协议由认证码生成、量子态准备、量子态分发、安全检测与身份认证和消息通信五阶段组成,通信双方只需进行两粒子Bell基、单粒子Z基或X基测量,通信效率也有所提高,即1个3粒子W态传输1经典比特信息。安全分析证明该协议能有效抵抗各类窃听者Eve攻击和伪装攻击,具有较好的安全特性。     

Two authenticated quantum dialogue protocols based on three-particle entangled states

In this paper, we propose two authenticated quantum dialogue protocols based on three-particle entangled states, which are both completely secure and more efficient. The first controlled quantum dialogue protocol with authentication is creatively proposed, which is secure under not only some famous external attacks but also internal attacks, for example, the dishonest controller’s attack. This protocol has a slightly increasing efficiency and less qubit cost compared to previous protocols. Besides, we present the second authenticated quantum dialogue protocol, which has a high efficiency with 80% by integrating dense coding. This protocol can also resist various well-known attacks.     

Universal and General Quantum Simultaneous Secret Distribution with Dense Coding by Using One-Dimensional High-Level Cluster States

A universal and general quantum simultaneous secret distribution(QSSD)protocol is put forward based on the properties of the one-dimensional high-level cluster states,in which one sender dispatches different high-level classical secret messages to many users at the same time.Due to the idea of quantum dense coding,the sender can send different two-dit classical messages(two d-level classical numbers)to different receivers simultaneously by using a one-dimensional d-level cluster state,which means that the information capacity is up to the maximal.To estimate the security of quantum channels,a new eavesdropping check strategy is put forward.Meanwhile,a new attack model,the general individual attack is proposed and analyzed.It is shown that the new eavesdropping check strategy can effectively prevent the traditional attacks including the general individual attack.In addition,multiparty quantum secret report(MQSR,the same as quantum simultaneous secret submission(QSSS))in which different users submit their different messages to one user simultaneously can be gotten if the QSSD protocol is changed a little.     

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.     

Quantum dialogue protocols over collective noise using entanglement of GHZ state

In this paper, two quantum dialogue (QD) protocols based on the entanglement of GHZ states are proposed to resist the collective noise. Besides, two new coding functions are designed for each of the proposed protocols, which can resist two types of collective noise: collective-dephasing noise and collective-rotation noise, respectively. Furthermore, it is also argued that these QD protocols are also free from the Trojan horse attacks and the information leakage problem.     

基于GHZ态的量子密钥分发协议

摘要：在用户与用户进行量子密钥分发的时候,随着用户数量的增加,用户之间需要建立大量的量子传输信道。基于减少量子传输信道数量问题,本文设计了一种基于GHZ态的量子密钥分发协。该协议由第三方进行粒子分配,利用三粒子GHZ态在Z基和X基下具有不同的表示的特性作为密钥分发的关键点。协议中由第三方向任意两名用户分发密钥,大大减少了量子信道的数量。经过安全性分析,本协议能抵御截获重发攻击,中间人攻击和纠缠攻击,而作为第三方可以是不可信的。     

基于环上误差学习问题的新型后量子认证密钥交换协议

针对量子计算机技术的迅速发展使得传统公钥密码体制的安全性面临严重威胁的现实性问题,提出一种新型的基于环上误差学习（RLWE）问题的后量子认证密钥交换协议。协议通过使用Peikert式误差协调机制,双方通过计算可直接得到均匀分布的共享比特值,从而使得通信双方得到相同的会话密钥。使用理想格上的解码基对协议正确性进行了分析,并设置合理参数从而保证协议双方以显著概率得到相同密钥值。该协议在BR （Bellare-Rogaway）模型下可证明安全并达到弱的完美前向安全性。协议安全性归约为格上RLWE困难问题,可抵御量子攻击。与现有基于RLWE问题设计的认证密钥交换协议相比,该协议中参数值模数的大小由亚指数级降低至多项式级,相应计算量和通信量显著减小,是一种更加简洁高效的后量子认证密钥交换协议。