秘密共享协议及应用研究

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随着计算机、网络通信等技术飞速发展,人类社会进入全球数字化和信息化的高科技时代。如何保证信息的安全,成为一个现代社会极其关注的问题。秘密共享理论广泛应用于信息安全领域中,它在保证数据安全、银行管理及导弹控制等多方面有着广泛的应用,同时它也能够与密钥管理、数字签名、和身份认证等密码技术相结合,衍生出有着重大应用价值的密钥管理方案、数字签名方案、和身份认证方案,进一步拓宽了秘密共享的应用领域。在人类计算能力迅速提高的同时,尤其是量子并行算法被提出之后,基于计算复杂性的经典密码算法的安全面临着严酷的挑战。国内外的许多学者把注意力转向了量子信息科学。作为量子密码学的重要分支之一,量子秘密共享是经典秘密共享[1~2]的量子推广。本文的主要研究内容包括以下几个方面:(1)提出了一种基于门限秘密共享的多方同时身份认证方案。在本方案中构建并实现了对多个用户同时认证的认证模式,打破了目前的身份认证方案对用户进行逐一认证的单一模式的局限。方案能够进行动态的系统更新,可以在不改变其他用户秘密子密钥的前提下动态的增加新注册的用户、更新已有用户的密码子密钥和删除某个用户。(2)提出了一种基于ElGamal门限秘密共享的动态多方同时身份认证方案。本方案根据(t,n)门限秘密共享思想,设计了(t,n)门限身份认证方案,可以对满足条件的t个用户同时认证,在不改变其他用户秘密子密钥的前提下动态的增加新注册的用户、更新已有用户的密码子密钥和删除某个用户。新用户的认证密钥由t个旧用户和新用户共同生成,减少系统生成分配子密钥所产生的通信和运算负担。(3)提出了一种抗振幅阻尼噪声的量子秘密共享协议。本协议使用一类最优的量子编码,它被设计来防止联合幅值阻尼噪声在零摄氏度沉积。在本协议中,每个逻辑量子比特被编码在无噪声双量子比特态,这样它可以运行在有如此噪声的信道。具有以下特点:a.三方参与者用4个量子比特来产生一位的私钥KA=KB⊕KC,这个协议对联合幅值阻尼噪声是免疫的。b.两名代理Bob和Charlie只能通过对接收到的逻辑量子比特进行置换操作来对信息编码,这将简化本量子秘密共享协议在实际应用中的执行情况。c.除了用于窃听检测,当事人不需要交换经典信息来建立自己的私钥,这使得该协议具有较高的内在优势。d.虽然每个代理收到的每个逻辑位仅携带一位的信息,老板Alice可以通过局域操作和经典通信(LOCC)协助进行单量子比特测量来识别出两个正交态,从而读出她的代理人的信息。最后对协议的安全性进行了分析。(4)提出了一种抗联合退极化噪声的量子秘密共享协议。每个逻辑量子比特由两个物理量子比特组成,它运行在联合噪声信道能够保持不变。信息以两个逻辑幺正操作编码在逻辑量子比特信息上,这将不会破坏量子系统的抗噪声特性。两名代理,只能通过执行两个物理量子置换操作来对每个逻辑量子比特编码。虽然每个代理收到的每个逻辑位仅携带一位的信息,老板Alice可以通过LOCC协助进行单量子比特测量来识别出两个正交态,从而读出她的代理人的信息。这将使这个协议在实际应用中更方便。对于每个逻辑量子比特的传输,这三方原则上可以创建一位私有密钥。在创建一个私有密钥过程中也不需要经典的信息交换,它只用于窃听检测,这使这个协议具有本质上的高效率,这些协议具有量子密集编码和容错量子密码学的特性,因此比其它联合噪声信道上的量子秘密共享协议更加方便。
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