多方量子隐私查询研究

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传统密码学的安全性主要依赖数学困难问题,该问题在经典世界中难以被解决。随着量子计算机的出现,传统密码学的安全性岌岌可危,为了解决此问题,量子密码学应运而生。量子密码学依靠量子力学基本特性,使得它在理论上能达到无条件安全。鉴于此,学者们提出了许多量子密码领域的协议,量子密码学成为量子信息中的重要分支。量子隐私查询是量子密码学中的重要研究内容,也是经典隐私查询在量子领域的延伸。虽然学者们提出了许多基于量子密钥分配的量子隐私查询协议,但是大多数协议考虑的是数据库中单比特数据和单用户查询。为了提高现有协议的实用性和查询效率,本文首先提出了一个基于D维Bell态的单用户量子隐私块查询协议,随后又提出了一个基于D维单光子乘积态的多用户量子隐私块查询协议。本文的主要研究内容如下:1.针对目前量子隐私查询大多获得单比特密钥,本文提出了一个基于D维Bell态的量子隐私块查询协议,通过第三方量子服务器制备D维Bell态来实现密钥分发,执行一次查询协议就可以获取一整块密钥,而不需要多次执行多次协议,提高了协议的查询效率。此协议制备D维Bell态进行安全检测,在此检测过程中,用户方和数据库方各获得D维Bell态中的一个粒子,当用户方和数据库方的测量结果相同时则安全检测通过,如果结果不同且错误率超过规定阈值,则表明量子信道存在窃听者。安全性分析表明此协议能够抵抗中间者攻击、纠缠测量攻击等常见的量子攻击。协议对比分析表明此协议在粒子数、量子能力要求、数据存储类型以及安全检测方面具有一定优势。2.针对目前大多数协议只考虑单用户的隐私查询,本文提出了一个基于D维单光子乘积态的多用户量子隐私块查询协议。此协议采用半量子技术,用户方和数据库方只需要访问量子信道和执行量子重排的能力,降低其量子成本。为了让多个用户访问数据库中不同位置上的数据块信息,此协议仅仅只需执行一次。为了提高用户查询数据的效率,此协议采用Grover算法对多个隐私块并行搜索。安全性表明此协议能够抵抗外部和内部量子攻击,最后,对此协议中的Grover进行了仿真实验。
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