一种基于多值单量子态的量子同态加解密方法技术

本发明专利技术涉及量子通信和量子密码学领域，具体为一种基于多值单量子态的量子同态加解密方法；所述方法包括加密客户端产生两个随机密钥；并将加密后的随机密钥发送到解密客户端；加密客户端通过加密算子将d维明文量子态加密成d维密文量子态并发送至服务器；服务器根据加密客户端的计算需求确定评估操作所需的评估参数，并制备出对应的评估算子，对接收到的密文量子态执行评估操作，将评估结果和评估参数发送至解密客户端；解密客户端将接收到的随机密钥和评估参数产生一个新的密钥，对加密密钥求反得到更新后的解密密钥；解密客户端使用更新后的解密密钥对评估结果解密。本发明专利技术能够增加单量子比特上信息的携带量，扩展了量子态在自由空间上的研究。在自由空间上的研究。在自由空间上的研究。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多值单量子态的量子同态加解密方法


[0001]本专利技术涉及量子通信和量子密码学领域，具体为一种基于多值单量子态的 量子同态加解密方法。

技术介绍

[0002]同态加密算法可以在保持数据隐私性的前提下对数据进行操作，经典算法 的安全是由经典数据的计算困难性保证的。随着量子计算机的快速发展，经典 同态加密的安全性逐渐受到威胁，因此研究量子同态加密算法势在必行。由于 量子计算机技术以及成本方面的局限性，在短时间内量子计算机不能具备普及 性，因此当经典用户有量子计算需求时，就需要将复杂庞大的计算任务委托给 量子计算机执行。
[0003]在现有的研究中，量子同态加密主要是基于二维、三维量子态进行研究， 不利于量子态在自由空间的扩展。为了解决此问题，2018年中国专利CN108847934A公开了一种多维量子同态加密方法；2019年宋等人提出了d维(t,n) 门限量子同态加密算法的设计方法；2021年张等人(Zhang,Y.,Shang,T.&Liu,J. A multi
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valued quantum fully homomorphic encryption scheme.Quantum InfProcess 20,101(2021).提出了一种多值量子全同态加密方案。
[0004]虽然这些量子同态加密方案对量子态的维数进行了提升，但是在评估算子 的选择上各有不同。为了提升量子同态加密算法的通用性和普适性，宋等人将 基于相位的评估酉算子完善为基于相位和状态变换的评估酉算子。然而上述这 些方案中，在一个单量子态上只能执行一个基于相位或基于相位和状态变换的 评估算子的操作。在相对完善的基于相位和评估算子的操作中仍然需要借助秘 密共享的思想才能实现，即此技术需要借助若干个服务器完成量子同态加密方 法的评估操作，最终经过重构之后加密客户端才会得到计算后的量子态。

技术实现思路

[0005]基于现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种基于多值单量子态的量子同 态加解密方法，能够增加单量子比特上信息的携带量，扩展了量子同态加密方 法中量子态在自由空间上的研究。
[0006]本专利技术的一种基于多值单量子态的量子同态加解密方法主要可以由五个算 法构成，随机密钥生成算法，加密算法，评估算法，密钥更新算法，解密算法。 随机密钥生成算法由加密客户端执行，加密客户端生成两个随机密钥并保存在 本地经典寄存器中；加密客户端执行加密算法，其生成量子明文态，通过随机 密钥生成算法产生的两个加密密钥对量子明文态执行加密操作，得到密文量子 态；评估算法由第三方服务器执行，第三方服务器根据加密客户端的计算需求 生成评估参数，并根据评估参数制备出对应的评估算子，并对量子密文态执行 评估操作，并通过量子安全信道将评估结果传送至解密客户端，通过经典信道 将公钥加密后的评估参数序列也发送给解密客户端；解密客户端执行密钥更新 算法，
对从加密客户端和服务器端接收的经典数据执行密钥更新操作产生一个 新的密钥，对加密密钥执行求反操作得到更新的解密密钥；解密客户端根据密 钥更新算法的结果执行解密算法，得到解密结果，此结果与直接对明文量子态 执行评估操作所得结果一致。
[0007]具体的，本专利技术通过如下技术方案解决上述技术问题：
[0008]一种基于多值单量子态的量子同态加解密方法，主要包括步骤：
[0009]加密客户端随机产生两个随机密钥，并将所述随机密钥保存在本地；
[0010]加密客户端执行公钥加密算法，加密随机密钥，并将加密后的随机密钥发 送到解密客户端；
[0011]加密客户端执行量子一次一密加密算法，使用本地保存的随机密钥通过加 密算子将d维明文量子态加密成为d维密文量子态，并将所述d维密文量子态 通过量子安全信道发送至服务器；
[0012]服务器根据加密客户端的计算需求，确定评估算子的参数，制备出对应的 评估算子；并将评估参数通过公钥加密算法加密之后发送到解密客户端；服务 器对接收到的d维密文量子态执行评估操作，通过量子信道将评估结果发送至 解密客户端；
[0013]解密客户端执行私钥解密算法，将接收到的随机密钥密文和评估参数密文 解密，并采用密钥更新操作产生一个新的密钥得到更新后的解密密钥；
[0014]解密客户端执行量子一次一密解密算法，使用更新后的解密密钥对评估结 果解密，得到解密结果。
[0015]本专利技术的有益效果：
[0016]1.本专利技术使用了一个第三方量子服务器来实现复杂且庞大的计算任务，由此 节约加密客户端资源消耗的同时减少了现存技术对多个量子服务器的调用，又 由于第三方量子服务器收到加密客户端加密后的隐私数据，所以不能获得任何 有关隐私数据的有用信息，从而保证数据的安全性。
[0017]2.本专利技术将单粒子的维度从二维、三维提升到d维，从而大幅度提升单粒子 的信息携带量，对自由空间上的量子态在量子同态加密方法的研究做出一定的 贡献，同时提高了粒子在量子通信中的安全性。
[0018]3.本专利技术执行密钥更新操作，解密客户端将密钥更新之后再执行解密操作， 因此即便是窃听者成功截获信息，也会由于不能正确解密数据而得不到任何隐 私且敏感的信息，从而达到进一步保证数据安全性的目的。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例提供的一种基于多值单量子态的量子同态加解密方法 的流程图；
[0020]图2为本专利技术实施例提供的一种基于多值单量子态的量子同态加解密系统 结构示意图；
[0021]图3为本专利技术实施例提供的一种终端结构图。
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清 楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]以下将结合附图以及实施例，对本专利技术进行说明，详细的论述本专利技术的技 术方案。本模块所描述实施例仅用于更好的说明本专利技术，并不用于限定本专利技术。 如图1所示，专利技术一种基于多值单量子态的量子同态加解密方法，主要包括以 下步骤：
[0024]S1、客户端随机产生两个随机密钥，并将所述随机密钥保存在本地；
[0025]在本专利技术实施例中，所述步骤S1具体为：
[0026]S11、制备随机密钥：加密客户端随机生成两个加密密钥a,b，并将其保存 至本地的经典寄存器中；
[0027]其中，a表示第一随机密钥，b表示第二随机密钥；a对应的是加密算子X的 密钥，b对应的是加密算子Z的密钥；这两个随机密钥将作为加密密钥用于明文 量子态数据的加解密。在本专利技术实施例中，所述公钥加密算法即为经典的非对 称加密算法。
[0028]S2、加密客户端执行公钥加密算法，加密随机密钥，并将加密后的随机密 钥发送至解密客户端；
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
πi/d
。4.根据权利要求1所述的一种基于多值单量子态的量子同态加解密方法，其特征在于，所述使用本地保存的随机密钥通过加密算子将d维明文量子态加密成为d维密文量子态表示为：其中，|ρ>表示d维密文量子态；X
a
表示使用第一随机密钥a的加密算子，即加密算子X的a次幂；Z
b
表示使用第二随机密钥b的加密算子，即加密算子Z的b次幂；|σ>表示加密客户端生成的d维明文量子态，|σ>＝t0|0>+t1|1>+
…
+t
d
‑1|d
‑
1>，t
x
表示第x个d维明文量子态不同量子态间的系数；|x>表示第x个d维明文量子态，<x|表示|x>的共轭转置；x∈{0,1,
…
,d
‑
1}；ω＝e
2πi/d
。5.根据权利要求4所述的一种基于多值单量子态的量子同态加解密方法，其特征在于，各个明文量子态不同量子态间的系数满足6....

【专利技术属性】
技术研发人员：廖金伟，宋秀丽，董晓茹，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：