量子密封投标拍卖协议设计与模型分析

论文摘要

量子安全多方计算是量子密码学的重要分支,目前已经有很多实际的应用场景,其安全性由量子力学所特有的一些原理来保证。而电子拍卖是安全多方计算的一个热门分支,也是最重要的电子商务应用之一。拍卖分为公开拍卖和密封投标拍卖两种类型,由于密封投标拍卖需要的通信时间远远少于公开拍卖,所以常被用于实际拍卖环境中。量子密封投标拍卖过程中,所有的投标者将自己的投标价信息秘密发送给拍卖者后,拍卖者才能打开价格,并加以比较,选出获胜者。在该过程中,一方面,可能会有窃听者窃取合法投标者的投标价信息,破坏拍卖的公平性与诚实性;另一方面,不诚实的参与者可以干扰与破坏拍卖的正常进行。上述所提到的安全问题使得拍卖的实际可行性变得困难。因此,设计安全、经济、可行的量子密封投标拍卖方案具有非常重要的现实意义。本文通过调研现有的量子密封投标拍卖方案,着重研究了基于单光子的量子密封投标拍卖及其隐私保护问题,主要的工作内容有以下两个方面:(1)在量子密封投标拍卖的研究领域,大部分方案使用的量子资源均是纠缠态,只有个别方案的量子信息载体是单光子。而基于单光子的方案,其后确认机制也都使用了纠缠态来保证整个拍卖的安全性。但在实际应用中,纠缠态的制备与长时间保存是比较难做到的,并且其通信效率也不高。为了确保方案的易实现性与高效率性,提出了一种基于双模单光子的量子密封投标拍卖方案。该方案使用单光子的两维自由度(极化模式自由度和空间模式自由度)来作为信息载体,其中每一个单光子可以携带两位经典信息。此外,为了保证拍卖的公平性与安全性,还改进了原有的后确认机制,其量子资源为单模单光子。与之前提到的量子密封投标拍卖方案相比,该方案只需要进行单粒子投影测量,在现有技术水平下易于实现,并且携带的经典信息容量增大了两倍,其通信效率也相应地提高了,具有更高的实际可行性。(2)对已有的量子密封投标拍卖模型进行了安全性分析,并发现了已有的拍卖模型存在的一些安全漏洞。其中,无后确认机制的模型,只考虑了投标价信息的隐私传输,并没有考虑拍卖者的诚实性,这会导致拍卖结果的不公平;而有后确认机制的拍卖模型,虽然解决了拍卖者的诚实性问题,然而仍然存在误判性,即一个恶意的投标者可能会分别发送两种不同的投标价给拍卖者和其他投标者,以此来干扰拍卖的正常执行。为了解决现有模型的安全漏洞,提出了一种改进的拍卖模型并给出了具体的拍卖方案。一方面,该模型通过使用可验证的量子秘密共享协议和量子安全直接通信协议来完成投标价信息的隐私传输;另一方面,可验证的量子秘密共享协议可以代替后确认机制来保证拍卖的公平性与安全性。同时,提出的具体的拍卖方案不需要制备任何纠缠资源,具有更低的复杂度与更高的通信效率。

论文目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 量子密封投标拍卖和国内外研究现状

1.2.1 量子密封投标拍卖

1.2.2 量子密封投标拍卖的安全需求

1.2.3 国内外研究现状

1.3 本文的主要工作和内容安排

1.4 本章小结

第2章基础知识

2.1 量子信息

2.1.1 量子比特

2.1.2 量子逻辑门

2.1.3 量子测量

2.2 量子安全直接通信

2.3 量子秘密共享

2.4 本章小结

第3章基于双模单光子的量子密封投标拍卖协议

3.1 引言

3.2 基于双模单光子的QSA协议设计

3.3 基于双模单光子的QSA协议分析

3.3.1 安全性分析

3.3.2 效率分析

3.4 本章小结

第4章基于后确认机制的量子密封投标拍卖模型分析与改进

4.1 引言

4.2 基于后确认机制的QSA模型分析

4.3 基于后确认机制的QSA模型改进

4.4 基于后确认机制的QSA协议设计

4.5 本章小结

第5章总结与展望

5.1 本文总结

5.2 研究展望

参考文献

图表目录

List of Figures and Tables

致谢

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在读期间参加的科研项目

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张瑞

导师: 张顺,石润华

关键词: 量子安全直接通信,量子秘密共享,量子密封投标拍卖,隐私保护

来源: 安徽大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,电信技术

单位: 安徽大学

分类号: O413;TN918

总页数: 73

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