量子安全协议:圆上双向游走实现两方量子标量积
2025-02-13 21:06
No.1339704311999111168
技术概要
PDF全文
本技术介绍了一种新型量子安全协议,利用圆上双向量子游走技术,安全地计算两个通信方的秘密向量标量积,同时确保秘密信息不外泄。该方法涉及一个半忠诚第三方的参与,以增强安全性。
背景技术
在安全多方计算(Secure Multi-party Computation,SMC)[1] 问题中,若干个互不信任的参与者总是协作计算一个指定的函数,且不存在泄露其秘密输入的风险。安全两方标量积计算被定义为在不泄密的情况下计算两个秘密向量的标量积或点积。标量积计算是SMC的一个重要基础分支,可用于点包含[2] 、距离计算[3] 和k最近邻计算[4] 等各种领域。然而,包括标量积计算在内的SMC的安全性基于计算复杂度假设,存在被量子计算[5-6] 攻破的潜在风险。1984年,Bennett和Brassard[7] 将量子力学基本原理与经典密码学相结合,提出第一个量子密码学方法,即BB84量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)方法。此后,学者们开始研究具有理论无条件安全性的量子安全多方计算(Quantum Secure Multi-party Computation,QSMC),包括量子安全多方求和[8-13] 、量子安全多方乘法[12-14] 以及量子标量积(Quantum Scalar Product,QSP)计算[15-18] 。 目前仅存在四种QSP计算方法,即文献[15-18]所描述的方法。2012年,He等人[15] 首次提出一种基于四粒子量子纠缠态的第三方(Third-Party,TP)参与的安全两方量子标量积(Two-party Quantum Scalar Product,TPQSP)计算方法。2018年,Wang和He[16] 提出一种基于连续变量团簇态的安全TPQSP计算方法。2019年,Shi和Zhang[17] 采用单粒子态和七粒子量子纠缠态,提出一种强隐私保护的TPQSP计算方法。2023年,Liu和Li[18] 提出一种基于四粒子量子纠缠态的安全高效TPQSP计算方法。然而,这些QSP计算方法存在一些不足之处。具体来说,文献[15,17,18]的方法需要多粒子量子纠缠态作为初始量子资源,而文献[16]的方法需要连续变量团簇态,但多粒子量子纠缠态以及连续变量团簇态的制备均相当困难;文献[15,16]的方法需要在参与者之间预共享密钥,会消耗额外的量子资源和经典资源;文献[17,18]的方法需要量子傅里叶变换(Quantum Fourier Transform,QFT)或逆量子傅里叶变换(Inverse Quantum Fourier Transform,IQFT),其实施相当具有挑战性[19] ;而且,文献[16]采用复杂的投影测量。 量子游走(Quantum walks,QW)是经典随机游走的量子模拟[20] ,已被广泛应用于众多量子信息处理任务,如量子信息分割[21] 、量子纠缠态生成[22] 、量子身份认证[23] 、量子公钥密码[24] 、量子隐私比较[25] 以及量子秘密共享[26] 等。QW态是一种两粒子乘积态,其相较于量子纠缠态而言易于制备。 基于上述分析,本发明将QW引入到标量积计算,提出一种新颖的基于圆上双向量子游走(Two-Direction Quantum Walks on a Circle,TDQWC)的安全TPQSP计算方法。本发明的方法需要一个半忠诚TP的协助,TP可以按照自己意愿错误行事但不能与其他人共谋[27] 。本发明的方法采用QW态作为初始量子资源,仅需d维和2维单粒子测量而非量子纠缠态测量。本发明的方法不需要QFT或IQFT。此外,本发明的方法不仅具备信息论安全性,还能抵御外部攻击和参与者攻击。 参考文献 1Yao A C.Protocols for secure computations[C]//23rd Annual Symposiumon Foundations of Computer Science(SFCS1982),IEEE,1982:160-164. 2Shen C H,Zhan J,Hsu T S,et al.Scalar-product based secure two-partycomputation[C]//2008IEEE International Conference on Granular Computing,IEEE,2008:556-561. 3 Huang H,Gong T,Chen P,et al.Secure two-party distance computationprotocol based on privacy homomorphism and scalar product in wireless sensornetworks[J].Tsinghua Science and Technology,2016,21(4):385-396. 4 Zhu Y,Takagi T.Efficient scalar product protocol and its privacy–preserving application[J].International Journal of Electronic Security andDigital Forensics,2015,7(1):1-19. 5 Shor P W.Algorithms for quantum computation:discrete logarithms andfactoring[C]//Proceedings 35th Annual Symposium on Foundations of ComputerScience,IEEE,1994:124-134. 6 Grover L K.A fast quantum mechanical algorithm for database search[C]//Proceedings of the Twenty-eighth Annual ACM Symposium on Theory ofComputing,1996:212-219. 7 Bennett C H,Brassard G.Quantum cryptography:Public key distributionand coin tossing.Proceedings of the IEEE International Conference onComputers,Systems,and Signal Processing,IEEE Press,1984,175-179. 8 Yang H Y,Ye T Y.Secure multi-party quantum summation based onquantum Fourier transform[J].Quantum Information Processing,2018,17(6):129. 9 Lin S,Wang N,Liu X F.An efficient secure multiparty quantumcomputation protocol[J].Scientia Sinica Physica,Mechanica&Astronomica,2023,53(4):240314. 10 Li H J,Shi R H,Ke W Y,et al.Quantum protocol for secure multipartyXOR with application to secure communication in metropolitan area networks[J].Scientia Sinica Physica,Mechanica&Astronomica,2024,54(3):230312. 11 Wang J T,Li X,Ye T Y.Aquantum secure multi-party summationprotocol based on one-direction quantum walks on a circle[J].Scientia SinicaPhysica,Mechanica&Astronomica,2024,54(4):240311. 12 Shi R H,Mu Y,Zhong H,et al.Secure multiparty quantum computationfor summation and multiplication[J].Scientific Reports,2016,6(1):19655. 13 Lv S X,Jiao X F,Zhou P.Multiparty quantum computation forsummation and multiplication with mutually unbiased bases[J].InternationalJournal of Theoretical Physics,2019,58(9):2872-2882. 14 Sutradhar K,Om H.Secret sharing based multiparty quantumcomputation for multiplication[J].International Journal of TheoreticalPhysics,2021,60(9):3417-3425. 15 He L B,Huang L S,Yang W,et al.A protocol for the secure two-partyquantum scalar product[J].Physics Letters A,2012,376(16):1323-1327. 16 Wang Y,He G.Quantum secure scalar product with continuous-variableclusters[C]//Proceedings of the 18th AQIS Conference(8-12September 2018,Nagoya,Japan)2018. 17 Shi R,Zhang M.Strong privacy-preserving two-party scalar productquantum protocol[J].International Journal of Theoretical Physics,2019,58(12):4249-4257. 18 Liu W J,Li Z X.Secure and efficient two-party quantum scalarproduct protocol with application to privacy-preserving matrix multiplication[J].IEEE Transactions on Circuits and Systems I:Regular Papers,2023,70(11):4456-4469. 19 Nielsen M A,Chuang I L.Quantum computation and quantum information[M].Cambridge:Cambridge University Press,2001. 20 Kadian K,Garhwal S,Kumar A.Quantum walk and its applicationdomains:A systematic review[J].Computer Science Review,2021,41:100419. 21 Li H J,Li J,Xiang N,Zheng Y,Yang Y G,Naseri M.A new kind ofuniversal andflexible quantum information splitting scheme with multi-coinquantum walks[J].Quantum Information Processing,2019,18:316. 22 Li M,Shang Y.Entangled state generation via quantum walks withmultiple coins[J].npj Quantum Information,2021,7(1):70. 23 Lou X P,Wang S,Ren S X,Zan H R,Xu X J.Quantum identityauthentication scheme based on quantum walks on graphs with IBM quantum cloudplatform[J].International Journal of Theoretical Physics,2022,61:40. 24 Vlachou C,Rodrigues J,Mateus P,et al.Quantum walk public-keycryptographic system[J].International Journal of Quantum Information,2015,13(07):1550050. 25 Chen F L,Zhang H,Chen S G,et al.Novel two-party quantum privatecomparison via quantum walks on circle[J].Quantum Information Processing,2021,20(5):178. 26 Wang Y,Lou X P,Fan Z,Wang S,Huang G.Verifiable multi-dimensional(t,n)threshold quantum secret sharing based on quantum walk[J].InternationalJournal of Theoretical Physics,2022,61:24. 27 Yang Y G,Xia J,Jia X,Zhang H.Comment on quantum private comparisonprotocols with a semi-honest third party[J].Quantum Information Processing,2013,12(2):877. 28 Fujiwara S,Osaki H,Buluta I M,et al.Scalable networks for discretequantum random walks[J].Physical Review A,2005,72(3):032329. 29 Douglas B L,Wang J B.Efficient quantum circuit implementation ofquantum walks[J].Physical Review A,2009,79(5):052335. 30 Long G L,Liu X S.Theoretically efficient high-capacity quantum-key-distribution scheme[J].Physical Review A,2002,65(3):032302. 31 Herrero-Collantes M,Garcia-Escartin J C.Quantum random numbergenerators[J].Reviews of Modern Physics,2017,89(1):015004. 32 Ambainis A,Mosca M,Tapp A,et al.Private quantum channels[C]//Proceedings 41st Annual Symposium on Foundations of Computer Science,IEEE,2000:547-553. 33 Boykin P O,Roychowdhury V.Optimal encryption of quantum bits[J].Physical review A,2003,67(4):042317. 34 Li C Y,Zhou H Y,Wang Y,and Deng F G.Secure quantum keydistribution network with Bell states and local unitary operations[J].ChinesePhysics Letters,2005,22(5):1049-1052. 35 Li C Y,Li X H,Deng F G,Zhou P,Liang Y J,and Zhou H Y.Efficientquantum cryptography network without entanglement and quantum memory[J].Chinese Physics Letters,2006,23(11):2896-2899. 36 Shor P W,Preskill J.Simple proof of security of the BB84 quantumkey distribution protocol[J].Physical Review Letters,2000,85(2):441. 37 Ye T Y,Jiang L Z.Improvement of controlled bidirectional quantumdirect communication using a GHZ state[J].Chinese Physics Letters,2013,30(4):040305. 38 Gao F,Qin S J,Wen Q Y,et al.A simple participant attack on the protocol[J].Quantum Information&Computation,2007,7(4):329-334. 39 Cabello A.Quantum key distribution in the Holevo limit[J].PhysicalReview Letters,2000,85(26):5635. 40 Geng M J,Xu T J,Chen Y,Ye T Y.Semiquantum private comparison ofsize relationship based on d-level single-particle states[J].Scientia SinicaPhysica,Mechanica&Astronomica,2022,52(9):290311.
实现思路
阅读余下40%
技术概要为部分技术内容,查看PDF获取完整资料
该技术已申请专利,如用于商业用途,请联系技术所有人!
技术研发人员:
王锦涛  甘志刚  叶天语
技术所属: 浙江工商大学
相关技术
一种基于医院场景识别的电子签章自动推荐方法 一种基于医院场景识别的电子签章自动推荐方法
一种支持动态陷门的可编辑区块链方法 一种支持动态陷门的可编辑区块链方法
一种基于序列补全策略的电离层参数预测方法及装置 一种基于序列补全策略的电离层参数预测方法及装置
一种基于多场景实体的数字红包发送方法及系统 一种基于多场景实体的数字红包发送方法及系统
一种基于物联网平台集成方法的环卫综合管理平台 一种基于物联网平台集成方法的环卫综合管理平台
一种电缆芯线包覆方法及系统 一种电缆芯线包覆方法及系统
一种基于BIM的建筑工程施工优化管理方法及管理平台 一种基于BIM的建筑工程施工优化管理方法及管理平台
基于遍历算法和数据集优化算法的3D锚位检测方法 基于遍历算法和数据集优化算法的3D锚位检测方法
基于知识图谱的三维工艺数字化方法及系统 基于知识图谱的三维工艺数字化方法及系统
一种网络服务器 一种网络服务器
技术分类
电信、广播电视和卫星传输服务 电信、广播电视和卫星传输服务
互联网软件服务 互联网软件服务
集成电路设计 集成电路设计
信息集成数字服务 信息集成数字服务
电气机械制造 电气机械制造
计算机、通信、电子设备制造 计算机、通信、电子设备制造
医药制造、生物基材料 医药制造、生物基材料
石油煤矿化学用品加工 石油煤矿化学用品加工
化学原料制品加工 化学原料制品加工
非金属矿物加工 非金属矿物加工
金属制品加工 金属制品加工
专用设备制造 专用设备制造
通用设备制造 通用设备制造
通用零部件制造 通用零部件制造
汽车制造业 汽车制造业
铁路、船舶、航天设备制造 铁路、船舶、航天设备制造
电力、热力生产和供应 电力、热力生产和供应
燃气生产和供应 燃气生产和供应
水生产和供应 水生产和供应
房屋建筑、土木工程 房屋建筑、土木工程
交通运输、仓储和邮政 交通运输、仓储和邮政
农、林、牧、渔业 农、林、牧、渔业
采矿业 采矿业
农副、食品加工 农副、食品加工
烟草、酒水加工 烟草、酒水加工
纺织皮具居家制品 纺织皮具居家制品
文教体娱加工 文教体娱加工
苏ICP备18062519号-5 © 2018-2025 【123技术园】 版权所有,并保留所有权利