连续变量量子秘密共享关键技术研究

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量子秘密共享(QSS)是量子密码学中的一个重要应用,它利用了量子力学中的不可克隆定理与测不准原理等基本原理,将秘密(或密钥)信息编码在量子态上,以保证秘密共享的无条件安全性。连续变量量子秘密共享(CV-QSS)是QSS的主要研究方向之一。随着对CV-QSS研究的不断推进,其实用性也成为了研究的重点。由于实际生产系统与理想的实验室环境之间存在差异,因此如何提升CV-QSS系统的实际安全性也成为了研究中的关键问题,在本文中主要关注以下两个方面。一方面,从探测器的角度,实际系统中的探测器可能会存在非理想的缺陷,因此窃听者可能会利用这些缺陷对非理想探测器进行多种黑客攻击。另一方面,从设备生产的角度,并不能保证由生产商提供的CV-QSS的量子设备(主要包括激光器、调制器以及其他设备)以及经典设备(主要包括计算机和配套软硬件)是完全可信的。窃听者可能会对不可信量子设备进行内存攻击、对不可信经典设备进行特洛伊木马攻击等,以获得设备中存储的信息,这也对CV-QSS的安全性带来了极大的威胁。本文针对以上两个CV-QSS中的实际安全性问题展开了研究,并提出了相应的解决方案,包括:1.提出了一种基于制备-测量的连续变量测量设备无关量子秘密共享方案,该方案使用不可信第三方对来自分发者和参与者的量子态进行Bell态测量,使得方案的安全性并不依赖探测器的安全性,因此可以抵御任何针对探测器的攻击。与现有的使用纠缠态的方案相比,本方案使用了以现有技术易制备的相干态,因此实用性更强。同时,本方案的系统复杂度更低,可以容忍更大的噪声,因此可以扩展到大量参与者的情况,更符合实际通信场景的需要。在给出方案的具体描述之后,我们对方案的安全性进行了分析与证明,并通过仿真分析了不同参数对于方案性能的影响。2.提出了一种使用多设备的CV-QSS方案来解决不可信设备带来的安全性漏洞。该方案使用了多量子设备,在部分量子设备不可信时利用私钥放大技术来去除窃听者从不可信量子设备中获得的信息,保证了不可信量子设备存在时CV-QSS的安全性;使用了多经典设备,在部分经典设备不可信时利用可验证秘密共享(VSS)技术来完成经典信息的分发与校验,防止窃听者对不可信经典设备中经典信息的获取与篡改,保证了不可信经典设备存在时CV-QSS的安全性。随后,我们将两种方案进行结合,在不影响安全码率的前提下,保证了 CV-QSS在不可信量子、经典设备同时存在时的安全性。最后我们分别对多量子设备和多经典设备方案进行了安全性分析。
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