量子匿名投票协议的设计与分析

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:ilovegigi
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投票是现代社会必不可少的一种制定决策的重要方式。目前大部分电子投票协议的安全性依赖于数学问题的复杂程度,仅在有限的时间内可以保证安全。在未来,量子算法的发展导致电子投票协议将被轻易地破解,投票过程的安全性也将无法满足。为了克服电子投票协议的缺陷,利用量子力学基本原理来设计无条件安全的量子投票协议已经成了研究热点。目前提出的一些量子投票协议在安全性和实用性方面还有待提高。基于以上两点,本文借助单粒子态和纠缠态分别设计了两个新的量子匿名投票协议,并分析其安全性和所满足的性质。本文的主要研究工作如下:(1)针对纠缠态制备技术尚不成熟,一些基于纠缠态的量子匿名投票协议实际应用难度高的问题,提出一个仅使用单粒子态作为量子资源的匿名投票协议。在该协议中,每个投票者身份都会经过投票机构和计票者的双重认证。合格投票者使用真实身份参与整个投票过程。投票机构和计票者与投票者相互执行的信任检测也验证了投票机构和计票者的身份。在投票和计票期间,投票机构和计票者与投票者合作双重加密选票。投票者使用唯一的位置态和地址态实现验证选票。通过安全性分析,本协议在半诚实的投票机构和计票者不可合谋攻击协议的假设下,可以有效抵抗来自内外窃听者的攻击。本协议全面的满足了匿名投票协议涉及的安全属性。(2)针对一些量子投票协议通过对参与者的严格假设实现隐私性,或声明满足的隐私性在一些攻击下会被破坏的问题,提出一种借助纠缠态实现凭证交换的量子匿名投票协议。投票机构为每个合法的投票者分配唯一的身份凭证和量子态来隐藏真实身份,并表明投票权。在凭证交换操作过程中,所有投票者通过共享的纠缠态的特殊性质获取了唯一的随机索引数。投票者以索引数作为依据匿名地与其他投票者交换身份凭证和量子态,从而打乱身份凭证和投票者之间的对应关系。之后,投票者借助他人的身份凭证和量子态进行投票。投票机构对每张选票的量子态进行核查,拒绝统计量子态错误的选票,仅统计每个身份凭证下的一张选票。通过安全性分析证明,协议在投票机构和投票者为恶意的假设下对于外部窃听者的和内部参与者的进攻是安全的。协议还实现了无条件的匿名性以及其他的安全属性,显著的提高了安全性。
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