量子签名协议研究

发布时间：2017-03-28 02:11

  本文关键词：量子签名协议研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：经典签名协议的安全性主要基于数学困难问题的计算复杂性,随着计算能力的提高和量子算法的出现,经典签名协议的安全性将受到严重威胁。而量子签名协议利用量子态的不可克隆定理、测不准原理等物理特性来保证安全,使得量子算法强大的计算能力没有用武之地。目前,量子签名协议的研究主要分为两个方向,一个是在量子技术很成熟的假设条件下设计理想的协议,另一个则注重于在现有量子技术下构造可实现的量子签名协议。本文从理论和利于实现两方面分别提出了安全的量子签名协议,主要的研究成果如下：1、构造了一个对量子比特序列整体加密的链式CNOT加密算法,并基于此加密算法给出了一个能抵抗现有伪造和否认攻击的仲裁量子签名协议。针对大部分量子签名协议中用到的量子态加密方法——基于Pauli算子的量子一次一密,存在有效的伪造和否认攻击。本文构造了一个对量子消息整体加密的链式CNOT加密方法,与量子一次一密相比,只用到了量子CNOT(量子控制非门),避免了Pauli算子可交换的弱点,一比特密文可能与多比特明文与密钥都相关,从而能够抵抗现有的针对量子一次一密的伪造和否认攻击。基于此,提出了一个仲裁量子签名协议,签名者和验证者共享Bell态序列,签名者对消息与自己的纠缠粒子进行Bell测量,并将测量结果发送给验证者,根据隐形传态原理,只有共享了对应粒子的验证者才能恢复出消息,从而只有合法的验证者能完成相应的验证。安全性分析表明,该协议能够抵抗伪造攻击和否认攻击。2、设计了一个无需量子存储和量子比较的仲裁量子签名协议,可以利用现有的线性光学器件实现。本文对Vedran Dunjko等人提出的无需量子存储的量子签名协议进行了改进,改进协议通过仲裁随机发送签名元素给验证者来防止签名者否认签名,从而不需要量子态的比较,解决了原协议中多端口比较装置带来的损耗问题和验证者之间距离不能太远的问题,更易于实现。同时,重新定义了安全性,使得否认成功的定义与经典签名保持一致,安全性分析表明攻击者伪造和否认成功的概率随着签名量子态长度L的增大,趋向于0,这说明协议能够抵抗伪造攻击和否认攻击。此外,对合谋攻击进行了详细分析,指出在有限个验证者的合谋攻击下协议仍然是安全的,并给出了要想达到相同的伪造概率,长度L与合谋者个数d之间的关系式。3、提出了两个单光子量子签名协议,这两个协议可以在现有量子密钥分配系统的物理条件下实现。本文将量子密钥分配中用到的|0,|1和|+,|-态引入量子签名协议,提出两个单光子量子签名协议。第一个量子签名协议在现有协议的基础上进行了改进,引入仲裁将至少两个验证者的要求减少为一个,同时,将确定性排除测量修改为确定性测量,改进后验证阈值个数减少,当有多个验证者时,验证者可以共用一个阈值。第二个量子签名协议去除了以前要求量子认证的假设条件,只要求经典认证就可以确保量子签名的安全性。并且只需对现有的量子密钥分配系统稍作修改,就可以实现。
【关键词】：量子数字签名 链式CNOT加密 量子存储 量子比较 安全性分析 合谋攻击 量子认证 量子密钥分配
【学位授予单位】：解放军信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O413;TN918.91
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 引言10-14
• 第二章 基础知识14-22
• 2.1 量子信息基本概念14-17
• 2.1.1 量子比特与量子算符14-15
• 2.1.2 量子态测量15-16
• 2.1.3 量子态比较16-17
• 2.2 量子物理特性17-19
• 2.2.1 海森堡测不准原理17-18
• 2.2.2 量子不可克隆性18
• 2.2.3 量子隐形传态18-19
• 2.3 两个典型的量子签名协议19-21
• 2.3.1 Zeng协议19-20
• 2.3.2 Charke协议20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第三章 基于链式CNOT加密的仲裁量子签名协议22-33
• 3.1 基于量子一次一密的量子签名协议的弱点22-24
• 3.1.1 Gao提出的伪造攻击23
• 3.1.2 Sun提出的否认攻击23-24
• 3.2 链式CNOT加密算法24-25
• 3.3 基于链式CNOT加密的仲裁量子签名协议25-28
• 3.4 安全性分析28-32
• 3.4.1 不可伪造性28-29
• 3.4.2 不可否认性29-31
• 3.4.3 等价密钥的影响31-32
• 3.5 本章小结32-33
• 第四章 无需量子存储和量子比较的仲裁量子签名协议33-45
• 4.1 无需量子存储的量子签名协议及其缺点33-35
• 4.2 无需量子存储和比较的仲裁量子签名协议35-37
• 4.3 安全性分析37-43
• 4.3.1 安全性定义37
• 4.3.2 协议的正确性37-38
• 4.3.3 不可否认性38-41
• 4.3.4 单个验证者的伪造攻击41-42
• 4.3.5 合谋攻击42-43
• 4.4 本章小结43-45
• 第五章 单光子量子签名协议45-53
• 5.1 单光子量子签名46-49
• 5.1.1 协议描述46-47
• 5.1.2 安全性分析47-49
• 5.2 不需要量子认证的单光子量子签名协议49-52
• 5.3 本章小结52-53
• 第六章 总结与展望53-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-59
• 作者简历59

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 曾贵华,马文平,王新梅,诸鸿文;基于量子密码的签名方案[J];电子学报;2001年08期

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本文编号：271506