一种基于六粒子隐形传态的量子仲裁签名方法及系统技术方案

本发明专利技术属于量子仲裁签名技术领域，公开了一种基于六粒子隐形传态的量子仲裁签名方法及系统，Charlie制备n对六粒子簇态，Charlie与Alice和Bob分别共享密钥K

A quantum arbitration signature method and system based on six particle teleportation

【技术实现步骤摘要】
一种基于六粒子隐形传态的量子仲裁签名方法及系统
本专利技术属于量子仲裁签名
，尤其涉及一种基于六粒子隐形传态的量子仲裁签名方法及系统。
技术介绍
目前，最接近的现有技术：现代信息社会中，基于复杂数学计算的经典密码体系为各种应用场景提供了安全保障。随着量子技术的快速发展，量子计算机的出现将会使现有的加密体系变得不堪一击。量子密码学基于量子力学的不确定性原理、量子测不准原理等物理特性，构建了无条件安全的密码体系。1984年，Bennett和Brassard提出了第一个量子密钥分发协议，随后出现了量子秘密共享(quantumsecretsharing,QSS)、量子隐形传态(quantumteleportation,QT)、量子安全直接通信(quantumsecuredirectcommunication,QSDC)等应用协议。数字签名可以保护消息的完整性和不可伪造性。为了解决经典数字签名协议的安全问题，Gottesman和Chuang提出了基于弱量子单向函数的量子数字签名协议。根据是否涉及仲裁员，QS方案有两个分支：真量子签名(TQS)和仲裁量子签名(AQS)。2002年，曾贵华等人提出了第一个具有Green-Horne-Zeilinger(GHZ)态的AQS协议。Lee等人提出了两个依赖于仲裁者可用性的消息恢复量子签名方案。2008年，Curty和Lutkenhaus研究了该方案，他们声称该方案描述不清楚，安全分析不正确。为了回应Curty等人的争议，曾贵华等人对方案做了更详细的证明。为了降低协议的复杂性，提高协议的效率，Li等人提出了一种基于Bell态而非GHZ态的AQS方案。在2010，Zou和Qiu等人认为现有的AQS方案易受来自接收方的拒绝攻击，并且他们提出了一种带有公共板的AQS方案和不使用纠缠态的另一安全方案。2011年，Gao等人和Choi等人证明了现有的AQS方案存在伪造和拒绝攻击。同年，杨宇光等人引入了一个带有不可信仲裁器的仲裁量子签名。为了解决AQS协议中的这些安全问题，Zhang等人对其AQS方案中的加密算法进行了改进，以抵抗伪造攻击。2015年，Li等人使用链式CNOT操作加密，而不是量子一次性pad，以确保协议的安全性。为了在2016年将qubit效率提高到100％，杨宇光等人提出了具有簇状态的AQS方案。2017年，为了抵制造假和否认攻击，Zhang等人提出了一种基于密钥控制链式CNOT(KCCC)操作加密的AQS方案。2017年，杨宇光等人还提出了一种理论上可扩展的类星团态量子数字签名方案。2018年，Shi等人提出了一种基于盲量子计算的带哈密顿算法的仲裁量子签名方案，由于采用了盲量子计算，在验证签名时不需要恢复原始信息，提高了AQS的简单性和可操作性。2018年，Feng等人为了提高编码效率和性能，提出了一种基于压缩真空态而非相干态的AQS方案。2019年，Feng等人提出了一种基于量子游动的隐形传态AQS方案，不需要预先准备纠缠粒子，使得AQS协议更加灵活实用。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)协议的粒子使用效率较低，导致协议的实用价值不足。(2)协议的抗信道干扰能力较弱。容易导致量子资源在协议使用过程中退化，甚至塌缩。(3)现有的量子仲裁签名协议安全系数不高，大多不能抵御截获重发攻击等攻击策略。(4)现有的技术方案都没有考虑随机数问题。解决上述技术问题的难度：(1)如何使用现有技术架构，实现高效实用的量子仲裁签名协议。(2)如何抵御量子信道中存在的噪音干扰。(3)如何尽量减少测量操作的复杂性，只使用贝尔基测量与投影测量来完成整个签名协议。(4)如何解决粒子的制备和保存问题。(5)如何提高协议的安全系数。(6)如何在协议过程中不增加量子通信成本的情况下引入随机数，以期提高协议安全系数。解决上述技术问题的意义：本专利技术结合六粒子簇态特点，利用量子隐形传态技术提出了一种基于六粒子态的仲裁签名协议。Alice作为量子签名人，Bob是量子签名的验证人，Charlie作为仲裁方，在签名归属有争议的情况下完成仲裁。首先将详细介绍六粒子隐形传态的具体方法及步骤。然后给出详细的量子仲裁签名步骤，通过协议分析和粒子效率计算，验证了本协议具有绝对安全性和较高效率值。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于六粒子隐形传态的量子仲裁签名方法。本专利技术是这样实现的，一种基于六粒子隐形传态的量子仲裁签名方法，包括以下步骤：步骤一，初始化阶段：Charlie制备n对六粒子簇态，Charlie与Alice和Bob分别共享密钥Kac和Kbc，Alice或Bob向Charlie发起通信请求。步骤二，签名阶段：根据消息M，Alice制备三份|ψ>AB并选择一随机数r1使用一次一密的密码本(OTP)加密三份量子态，然后使用Kac加密|ψ>′1。步骤三，验证签名：Bob使用Kbc加密|S>a和|ψ>′1并将加密结果发送给Charlie，Charlie解密后使用Kac加密|ψ>′1。Charlie对自己的粒子S35执行2粒子投影测量，并将加密结果发送给Bob。Bob接收完成后进行解密，并根据r2对Ma进行解密得到Ra，使用r1进行解密得到|ψ>AB，接受(|S>a,r1)作为|ψ>AB的签名。进一步，步骤一中，所述初始化阶段具体包括：(1)Charlie制备n对六粒子簇态如下：每对粒子按下标组成序列为：Charlie抽取其中的1,6粒子组成新序列S16：{P1(1)P1(6),P2(1)P2(6),...,PN(1)PN(6)}。剩余的3,5粒子和2,4粒子按相同的规则组成序列S35和S24。(2)Charlie与Alice和Bob分别共享密钥Kac和Kbc：Kac＝{K1ac,K2ac,...,K2nac},Kbc＝{K1bc,K2bc,...,K2nbc}；所述密钥的长度与待签名的消息长度相关。(3)Alice或Bob向Charlie发起通信请求。进一步，步骤二中，所述签名阶段具体包括：(1)根据消息M，Alice制备三份|ψ>AB：|ψ>AB＝(α|00>+β|10>+γ|01>+η|11>)AB。其中，第一份量子态用于产生量子签名，第二份经过quantumteleportation进行传输验证，第三份发给Bob用于验证比对和安全性检测。(2)Alice选择一随机数r1，使用一次一密的密码本(OTP)加密三份量子态：(3)Alice使用Kac加密|ψ>'1：并使用如下方式将|ψ>′2传输给Bob：Alice对(A，1)和(B，6)粒子执行BSMs测量，其结果记为Ra；Alice选择随机数r2加密Ra得到：Alice得到序本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于六粒子隐形传态的量子仲裁签名方法，其特征在于，所述基于六粒子隐形传态的量子仲裁签名方法包括以下步骤：/n步骤一，初始化阶段：仲裁方制备n对六粒子簇态，仲裁方与量子签名方和量子签名验证方分别共享密钥K

【技术特征摘要】
1.一种基于六粒子隐形传态的量子仲裁签名方法，其特征在于，所述基于六粒子隐形传态的量子仲裁签名方法包括以下步骤：
步骤一，初始化阶段：仲裁方制备n对六粒子簇态，仲裁方与量子签名方和量子签名验证方分别共享密钥Kac和Kbc，量子签名方或量子签名验证方向仲裁方发起通信请求；
步骤二，签名阶段：根据消息M，量子签名方制备三份|ψ>AB并选择一随机数r1使用一次一密的密码本加密三份量子态，然后使用Kac加密|ψ>′1；
步骤三，验证签名：量子签名验证方使用Kbc加密|S>a和|ψ>′1并将加密结果发送给仲裁方，仲裁方解密后使用Kac加密|ψ>′1；仲裁方对自己的粒子S35执行2粒子投影测量，并将加密结果发送给量子签名验证方；量子签名验证方接收完成后进行解密，并根据r2对Ma进行解密得到Ra，使用r1进行解密得到|ψ>AB，接受(|S>a,r1)作为|ψ>AB的签名。


2.如权利要求1所述基于六粒子隐形传态的量子仲裁签名方法，其特征在于，步骤一中，所述初始化阶段具体包括：
(1)仲裁方制备n对六粒子簇态如下：



每对粒子按下标组成序列为：



仲裁方抽取1,6粒子组成新序列S16：{P1(1)P1(6),P2(1)P2(6),...,PN(1)PN(6)}；剩余的3,5粒子和2,4粒子按相同的规则组成序列S35和S24；
(2)仲裁方与量子签名方和量子签名验证方分别共享密钥Kac和Kbc：
Kac＝{K1ac,K2ac,...,K2nac},Kbc＝{K1bc,K2bc,...,K2nbc}；
所述密钥的长度与待签名的消息长度相关；
(3)量子签名方或量子签名验证方向仲裁方发起通信请求。


3.如权利要求1所述基于六粒子隐形传态的量子仲裁签名方法，其特征在于，步骤二中，所述签名阶段具体包括：
(1)根据消息M，量子签名方制备三份|ψ>AB：
|ψ>AB＝(α|00>+β|10>+γ|01>+η|11>)AB；
其中，第一份量子态用于产生量子签名，第二份经过quantumteleportation进行传输验证，第三份发给量子签名验证方用于验证比对和安全性检测；
(2)量子签名方选择一随机数r1，使用一次一密的密码本加密三份量子态：



(3)量子签名方使用Kac加密|ψ>′1：并使用如下方式将|ψ>′2传输给量子签名验证方：
量子签名方对(A，1)和(B，6)粒子执行BSMs测量，结果记为Ra；
量子签名方选择随机数r2加密Ra得到：
量子签名方得到序列|S>：|S>＝{|S>a,|ψ>'1,Ma,|ψ>'3}并发送给量子签名验证方。


4.如权利要求1所述基于六粒子隐形传态的量子仲裁签名方法，其特征在于，步骤三中，所述验证签名具体包括：
(1)量子签名验证方使用Kbc加密|S>a和|ψ>′1，得到：并将加密结果发送给仲裁方；
(2)仲裁方解密...

【专利技术属性】
技术研发人员：张仕斌，郑涛，昌燕，闫丽丽，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：四川;51