量子秘密共享协议的设计与分析.pdf

北京邮电大学
博士学位论文
量子秘密共享协议的设计与分析
姓名:秦素娟
申请学位级别:博士
专业:密码学
指导教师:温巧燕
20080423
量子秘密共享协议的设计与分析摘要量子密码是密码学与量子力学相结合的产物,是量子信息中最值得关注的一项应用。量子秘密共享是量子密码的核心内容之一,为密钥的安全管理提供了新的思路和方法。本论文主要研究了量子秘密共享协议的设计与分析,包括秘密共享设计方法、攻击策略和安全性分析三方面,取得了若干研究成果。具体在协议设计方面,提出了两种秘密共享协议。第一种是基于态的量子直接秘密共享协议。它利用四个局域幺正操作编码信息,不仅可以实现共享联合密钥还可以直接共享经典秘密消息,具有效率高和节省经典交换信息的优点。另一个是利用纠缠交换技术实现的多方量子秘密共享协议。它无论参与者个数多少都仅需要两粒子纠缠态,实验上较容易实现。量子秘密共享协议中,不诚实参与者的攻击往往比外部攻击者威胁更大,因此要着重分析“参与者攻击那榭觥U攵哉庖惶氐闵杓屏肆种参与者攻击策略。第一种攻击方案中,攻击者利用假信号和纠缠交换原理区分四种加密操作,从而获得分发者的秘密。第二种方案利用量子隐形传态技术使得参与者的随机相位旋转操作失效,进而可以在不引入任何扰动的情况下成功恢复出分发者的秘密。另外针对一种错误使用检测窃听技术的秘密共享协议提出攻击策略。该攻击利用两次控制非门操作使得附加粒子与载体纠缠再解纠缠,从而使得不仅内部参与者甚至外部窃听者都可以获得一半密钥。这些巧妙的攻击方法对今后的协议设计工作有重要的指导意义。在安全性分析方面,利用信息论方法,对一类量子秘密共享协议设计了具有一般意义的参与者攻击模型。应用该模型分析了两个著名的协如下:北京邮电大学博士学位论文摘要
者所能获得的最优“信息——扰动U庵址治龇椒ɑ箍梢杂τ糜议,结果表明其中一种协议是不安全的,并且得到了攻击成功的充要条件;另一种协议则被证明是安全的,并且得到了其具体安全性,即攻击其它类似的协议,判断协议的安全程度,从而促进量子秘密共享协议的形式化分析的研究。关键词:量子密码量子秘密共享量子直接秘密共享参与者攻击密码分析北京邮电大学博士学位论文摘要
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本人签名:一叁塞垫叁圭蛰日期:塑星:,本人承担一切相关责任。保密论文注释:本学位论文属于保密在—年解密后适用本授权书。非保密独创性虼葱滦声明本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。C艿难宦畚脑诮饷芎笞袷卮斯娑论文注释:本学位论文不属于保密范围,适用本授权书。本人签名:导师签名:日期:
第一章绪论研究意义人类的生存离不开信息,社会和经济的发展对信息资源、信息技术、信息产业的性受到了严峻挑战:首先,根据摩尔定律,计算机的运算速度每隔大约两年就会增长一倍,破译基于计算复杂性的密码的难度不断降低;其次,由于经典公钥密码算法基如,年,【浚茉诙嘞钍绞奔淠谇蠼獯笫子和离散对数问题。一旦这种算法能够在量子计算机上付诸实施,现行很多基于此类依赖程度越来越大。与此同时,信息安全问题也已摆到世人的面前。随着世界各地发生危及网络系统安全事件的增多,信息安全问题同益突出,受到越来越多人的关注。在中共十六届四中全会《决定》中已经明确指出信息安全与政治安全、经济安全、文化安全和国防安全相并列为“五大安全’’,成为国家安全的重要组成部分。从中国和全球信息化趋势看,信息安全将成为国家安全的重要“基石汀懊。谁拥有“制信息权突竦昧诵畔⒆试聪喽愿蟮睦婧拖喽园踩ǖ娜ɡJ率抵っ鳎爸信息权”成为国力、军力、竞争实力的制高点。任何一个国家都必须努力保卫信息边界安全。众所周知,密码技术是保证信息安全的核心技术,它可以确保用户之间能够在公开信道中可靠地传输秘密消息。经典密码体制【喽杂诹孔用苈胩逯贫根据使用的密钥的特性不同,分为两大类密码系统:对称密钥密码体