量子(k,n)门限秘密共享方案的研究与设计

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1984年,Bennett和Brassard提出了第一个量子安全通讯协议,其相比于经典传输协议具有更高的安全性。1999年,第一个量子秘密共享协议,即HBB协议,第一次将量子协议拓展到秘密共享的领域。而同年由Kalsson等基于此协议提出的门限秘密共享协议更是拓宽了量子安全通讯协议的使用范围。近年来,若干研究者致力于量子门限秘密共享的研究。本文基于量子计算的方法对已有的经典Shamir秘密共享方案进行了改进。经典方案对参与者的诚实性做出了正面的假设,但在实际使用中,参与者所提供的数据会由于各种因素产生错误。该方案首先依据经典方案的数学基础对秘密进行了拆分,并依据与经典方案相同的数学原理在数据中设计了校验函数。其次,为保证子秘密传输过程中的安全性,我们为该方案设想了一套基于Bell态纠缠交换和Pauli操作的传输策略。在最后的恢复阶段,该协议需在秘密恢复之前先进行诚实性检验,唯有在检验通过的情况下方可执行秘密的恢复操作。诚实性检验和恢复操作均基于拉格朗日插值法。通过计算和分析表明,修改后的方案其传输过程具备正确性且传输过程中数据无法被监听或复制。同时,参与者在执行过程中的任何一种欺骗行为都能够以较高概率被察觉,即校验位越多,该概率越趋向于1。较之经典方案,本方案具有较高的传输安全性且能应用于对参与者不完全信任的场景;较之已有量子可验证门限秘密共享方案,本方案执行和理解起来较为简单。
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