基于d级量子系统相互无偏基的安全多方量子求和方法技术方案

本发明专利技术提出一种新颖的基于d级量子系统相互无偏基的安全多方量子求和方法。n个秘密持有者通过变换操作将自己的秘密编码在相互无偏基量子态上，以环形方式将其进行传输。安全性分析表明，本发明专利技术方法能抵抗外在攻击和参与者攻击。本发明专利技术方法的特点是适用于d级量子系统，采用整数加整数的方式计算模d和，因此，相比于采用比特加比特计算方式的量子求和方法，本发明专利技术方法具有更高的计算效率；相比于求和模较小的量子求和方法，本发明专利技术方法会有更广泛的应用。另外，本发明专利技术方法还可应用到多方量子隐私比较和多方量子匿名投票。

【技术实现步骤摘要】
基于d级量子系统相互无偏基的安全多方量子求和方法
本专利技术涉及量子密码学领域。本专利技术设计一种基于d级量子系统相互无偏基的安全多方量子求和方法，实现n方秘密整数序列的安全求和。
技术介绍
安全多方量子求和问题可被描述如下：n个秘密持有者P1,P2,…,Pn想通过量子信号的传输计算一个求和函数sum(a1,a2,…,an)，其中ai是Pi的秘密信息，sum(·)是求和函数，i＝1,2,…,n。安全多方量子求和的目标是在确保秘密持有者的秘密信息不被泄露的前提下保证计算结果的正确性。一个安全多方量子求和方法应当满足以下三个要求：①正确性。每个参与者能得到正确的求和结果。②安全性。一个外在窃听者无法得到关于秘密持有者秘密信息的任何有用信息而不被检测到。③隐秘性。每个参与者无法得到关于其他秘密持有者秘密信息的任何有用信息。2002年，Heinrich[1]将量子求和应用到积分。2003年，Heinrich[2]研究了最差平均情形下可重复的量子布尔函数。2006年，Hillery[3]利用两粒子N级纠缠态提出一个多方量子求和方法，能在确保参与者匿名性的前提下完成投票流程中N个参与者输入信息的求和。2007年，Du等[4]利用非正交态提出一个新颖的安全量子模n+1(n≥2)求和方法，能秘密地将一个数加到一个未知数里，这里n代表持有秘密的参与者人数。2010年，Chen等[5]提出一种基于单光子和多粒子GHZ纠缠态的量子模2求和方法。2014年，Zhang等[6]构建了一个基于单光子极化和空模两个自由度的量子模2求和方法。后来，Gu等[7]认为文献[6]的方法不能抵抗一个恶意参与者的截获-重发攻击并相应地提出一个改进方法。2015年，Zhang等[8]提出一个基于六量子比特最大纠缠态纠缠相关性的三方量子模2求和方法。这个方法先利用六量子比特最大纠缠态产生私钥对参与者的输入信息进行加密，然后再对加密后的信息进行求和。2016年，Shi等[9]认为文献[4,5]的方法存在两个缺点：一方面，这两个方法的模太小，导致更广泛的应用受到限制；另一方面，由于采用比特加比特的计算方式，这两个方法不具备足够高的计算效率。然后，他们利用离散量子傅里叶变换、控制非操作和离散量子傅里叶逆变换提出一个量子模N求和方法，以整数加整数的方式而非比特加比特的方式计算求和，这里N＝2m，m是一个基态所代表的量子比特的数量。在这个方法中，安全多方求和的计算通过离散量子傅里叶变换被安全地转换成相应相位信息的计算，然后相位信息通过离散量子傅里叶逆变换被提取出来。2017年，Shi和Zhang[10]提出一类特殊两方隐私求和问题的一种通用量子解决方法，利用量子计数算法实现求和。这个量子求和方法的特点是适用于N级量子系统，采用比特加比特的计算方式以及实现普通加法求和，这里N是每个秘密持有者秘密的长度。同年，Zhang等[11]提出一个基于单光子的多方量子模2求和方法。这个方法先利用单光子产生私钥对参与者的输入信息进行加密，然后再对加密后的信息进行求和。2018年，我们在文献[12]提出一种基于量子傅里叶变换的安全多方量子求和方法。2019年，Ji等[13]提出了一种基于d级Cat态和d级Bell态纠缠交换的多方量子求和方法。2020年，Duan等[14]提出了一种基于量子底特移位操作的多方量子求和方法。文献[12-14]方法的特点是都适用于d级量子系统，采用整数加整数的方式计算模d和。基于以上分析，本专利技术利用d级量子系统d组相互无偏基提出一种新颖的安全多方量子求和方法，其特点也是适用于d级量子系统，采用整数加整数的方式计算模d和。安全性分析表明，本专利技术方法能抵抗外在攻击和参与者攻击。另外，本专利技术还探讨了所提出的方法在多方量子隐私比较和多方量子匿名投票的应用。参考文献[1]Heinrich,S.:Quantumsummationwithanapplicationtointegration.JComplex,2002,18(1):1-50[2]Heinrich,S.,Kwas,M.,Wozniakowski,H.:QuantumBooleansummationwithrepetitionsintheworst-averagesetting.2003,arXiv:quant-ph/0311036[3]Hillery,M.,Ziman,M.,Buzek,V.,Bielikova,M.:Towardsquantum-basedprivacyandvoting.PhysLettA,2006,349(1-4):75-81[4]Du,J.Z.,Chen,X.B.,Wen,Q.Y.,Zhu,F.C.:Securemultipartyquantumsummation.ActaPhysSin,2007,56(11):6214-6219[5]Chen,X.B.,Xu,G.,Yang,Y.X.,Wen,Q.Y.:Anefficientprotocolforthesecuremulti-partyquantumsummation.IntJTheorPhys,2010,49(11):2793-2804[6]Zhang,C.,Sun,Z.W.,Huang,Y.,Long,D.Y.:High-capacityquantumsummationwithsinglephotonsinbothpolarizationandspatial-modedegreesoffreedom.IntJTheorPhys,2014,53(3):933-941[7]Gu,J.,Hwang,T.,Tsai,C.W.:Improvingthesecurityof‘High-capacityquantumsummationwithsinglephotonsinbothpolarizationandspatial-modedegreesoffreedom’.IntJTheorPhys,2019,58:2213-2217[8]Zhang,C.,Sun,Z.W.,Huang,X.:Three-partyquantumsummationwithoutatrustedthirdparty.IntJQuantumInf,2015,13(2):1550011[9]Shi,R.h.,Mu,Y.,Zhong,H.,Cui,J.,Zhang,S.:Securemultipartyquantumcomputationforsummationandmultiplication.SciRep,2016,6:19655[10]Shi,R.H.,Zhang,S.:Quantumsolutiontoaclassoftwo-partyprivatesummationproblems.QuantumInfProcess,2017,16(9):225[11]Zhang,C.,Situ,H.Z.,Huang,Q.,Yang,P.:Multi-partyquantumsummat本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于d级量子系统相互无偏基的安全多方量子求和方法，适用于d级量子系统，采用整数加整数的方式计算模d和；能抵抗外在攻击和参与者攻击；n个秘密持有者通过变换操作将自己的秘密编码在相互无偏基量子态上，以环形方式将其进行传输；共包括以下五个过程：/nS1)n个秘密持有者P

【技术特征摘要】
1.一种基于d级量子系统相互无偏基的安全多方量子求和方法，适用于d级量子系统，采用整数加整数的方式计算模d和；能抵抗外在攻击和参与者攻击；n个秘密持有者通过变换操作将自己的秘密编码在相互无偏基量子态上，以环形方式将其进行传输；共包括以下五个过程：
S1)n个秘密持有者P1,P2,...,Pn事先通过安全的量子密钥分配方法共享密钥序列K1,K2,…,Kn，其中第i个秘密持有者Pi拥有一个长度为N的秘密整数序列Ai，即其中
S2)第三方P0制备一个由N个量子态构成的量子态序列，记为为了检测窃听，P0制备N个诱骗光子，其中每个诱骗光子从集合V1＝{|r>}和V2＝{F|r>}进行随机选择，r∈{0,1,…,d-1}，F为d阶离散量子傅里叶变换；然后，P0将所有诱骗光子随机插入粒子序列S以形成一个新序列S0；最后，P0将序列S0发送给P1；
S3)对于i＝1,2,3,…,n：
当Pi收到Si-1后，Pi与Pi-1一起检测序列Si-1传输过程的安全性；Pi-1告诉Pi序列Si-1中诱骗光子的位置和制备基；接着，Pi利用Pi-1告诉的制备基去测量序列Si-1中的诱骗光子并将测量结果告诉Pi-1；然后，Pi-1通过将序列Si-1中她制备的诱骗光子的初态与Pi告诉的测量结果相比较来判断序列Si-1传输过程是否存在窃听...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶天语，胡家莉，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33