论文摘要
量子门限秘密共享（QTSS）是一种将秘密信息分割和重构的量子密码技术,是量子通信环境中信息安全和数据保密的重要手段,主要解决秘密共享中部分参与者缺席或不诚实、部分份额遭受攻击等问题。本文分析了当前QTSS研究中存在的不足,以量子门限技术为中心,围绕拓展量子空间维度、构建量子态重构算法、提高计算效率、增强安全性四个关键问题展开理论研究,提出了五个QTSS方案。前两个方案为高维QTSS方案,后三个方案为可验证QTSS方案。本文的主要研究内容和创新点如下:（1）针对现有高维QTSS方案中计算开销和通信开销较高的问题,提出了一种基于GHZ（Greenberger-Horne-Zeilinger）态的高维QTSS（HDQTSS-BGHZ）方案。为了减少计算开销,该方案使用d维的Pauli算子将授权参与者的经典份额嵌入到GHZ纠缠态的粒子中,并对第1个粒子的测量结果执行逆的量子傅里叶变换恢复出经典秘密。为了降低通信开销,该方案利用d维多粒子纠缠态的相位可交换性,将所有参与者的份额直接聚合到重构者的粒子相位中,使得份额无需在信道中传输。安全性分析表明该方案不仅能降低截获攻击的风险,而且还能抵抗t-1个参与者的合谋攻击。与基于安全直接通信的门限量子秘密共享（TQSSSDC）、基于QFT的秘密共享（SSBQFT）等方案相比,HDQTSS-BGHZ具有更高的计算效率和更低的通信开销。（2）针对现有高维QTSS方案中粒子测量资源开销较大且难以抵抗特洛伊木马攻击的问题,提出了一种基于隐形传输的高维QTSS（HDQTSS-BT）方案。为了降低粒子测量所需的资源开销,该方案对Cat态中的粒子和Bell态中的粒子执行联合投影测量。为了抵抗多种量子攻击,该方案使用d维纠缠交换,将授权子集中t个参与者的份额影子隐形传输到重构者的粒子之中恢复出经典秘密。安全性分析表明,除了HDQTSS-BGHZ所能抵抗的攻击之外,HDQTSS-BT还能抵抗特洛伊木马攻击。与基于QFT的秘密共享（SSBQFT）、基于单量子比特的门限量子秘密共享（TQSSBSQ）等方案相比,HDQTSS-BT中测量粒子所需的资源开销更低,计算效率更高。（3）针对现有可验证量子态QTSS方案中粒子制备资源开销较大和验证效率偏低的问题,提出了一种基于拉格朗日酉算子的可验证量子态QTSS（VQSTTSS-BLUO）方案。为了降低粒子制备所需的资源开销,该方案制备1个秘密粒子,对其执行拉格朗日酉算子之后在授权参与者中共享。为了提高验证效率,该方案对酉变换之后的信息粒子执行混合旋转酉算子,既验证信息粒子的有效性又重构原始的秘密粒子。与基于旋转酉算子的两个方案（MQSSSBPSO和TQSSUPSO）相比,VQSTTSS-BLUO提供了更强的验证安全性。与基于验证功能的两个方案（SMQCSHM-VQSS和VQSTTSS）相比,VQSTTSS-BLUO中制备粒子所需的资源开销更低,验证效率更高。（4）针对现有的可验证量子态QTSS难以抵抗分发者和参与者的否认攻击问题,提出了一种抵抗否认攻击的可验证量子态QTSS（VQSTTSS-ADA）方案。该方案以设计的量子态签名算法为理论基础,为了抵抗分发者的否认攻击,由分发者将量子秘密序列编码成量子信息序列和量子签名序列之后,传送给可信的参与者。为了抵抗参与者的否认攻击,授权子集中的前一个参与者首先验证接收到的量子签名序列的有效性,然后将接收到的量子信息序列编码成新的量子信息序列和量子签名序列传送给下一个参与者。与基于验证功能的三个典型方案（包括VQSTTSS-BLUO）相比,除了它们所能抵抗的攻击之外,VQSTTSS-ADA还能抵抗分发者和参与者的否认攻击以及外部中间人攻击。（5）针对原有的可验证QTSS（VQTSS）共享秘密信息的形态单一且难以抵抗外部攻击者的选择明文攻击问题,提出了一种改进的抵抗选择明文攻击的可验证QTSS（VQTSS-ACPA）方案。改进措施体现在:首先,分发者使用量子单向函数将参与者的身份信息和份额转换成量子指纹,保证了份额的完整性。然后,分发者和参与者分别对量子指纹加上签名并转换成密文之后在量子信道中传输,双重量子签名追踪分发者和参与者的伪造和否认行为,量子密文阻止外部攻击者的恶意攻击行为。最后,重构者恢复出经典秘密或量子态秘密,增加了共享秘密形态的多样性。安全性分析和比较证明,改进的VQTSS-ACPA弥补了原有VQTSS的安全漏洞,能抵抗分发者和参与者的否认攻击以及外部攻击者的选择明文攻击。本文以高维QTSS和可验证QTSS为主题提出了五个方案,并从安全性分析和性能比较两方面验证了五个方案的正确性和可行性。本文的研究为进一步提高QSS的理论研究水平,拓宽QTSS的应用场景奠定一定的理论基础。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 宋秀丽
导师: 刘宴兵
关键词: 量子门限秘密共享,高维量子态,可验证秘密共享,参与者否认攻击,选择明文攻击
来源: 重庆邮电大学
年度: 2019
分类: 基础科学,信息科技
专业: 物理学,电信技术
单位: 重庆邮电大学
分类号: O413;TN918.1
DOI: 10.27675/d.cnki.gcydx.2019.000003
总页数: 146
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标签：量子门限秘密共享论文; 高维量子态论文; 可验证秘密共享论文; 参与者否认攻击论文; 选择明文攻击论文;