两类量子秘密共享协议的设计与安全性分析

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量子秘密共享是量子密码的重要分支之一,在经典秘密共享的基础思想中引入量子元素,不仅可以共享经典信息,也可以共享量子信息.与经典秘密共享不同的是,通常利用量子态携带信息,这些量子态大致分成乘积态,单量子态和纠缠态三类.此外,方案的安全性和效率方面也是研究者重点考虑的问题,为了提高方案的安全性和效率,研究者结合不同的物理和数学资源构造了不同形式的量子秘密共享方案.本文提出了一种基于单量子态的可验证的量子秘密共享方案和一种基于纠缠态的量子秘密共享方案,主要研究成果如下:(1)提出了一个基于单量子态的可识别的量子秘密共享方案.在该方案中,以相互无偏基的量子态形式携带秘密信息,参与者通过酉操作恢复秘密.该协议将正交阵列作为论文核心枢纽,结合经典可识别的方案设计,将线性纠错码与量子结合,实现量子信道和经典信道并行.安全性分析表明,该协议可抵抗内部参与者攻击和外部攻击.(2)基于GHZ纠缠态提出了一个高效、多方的量子秘密共享方案.该方案中的参与者分为两个小组,以小组为单位共享秘密,两组之间不需要交换任何信息,减少了通讯过程带来的安全问题.对于任意一个GHZ态,每个参与者持有其中的一个粒子,测量后的每个GHZ态的粒子之间具有关联性,根据窃听检测粒子的特性来检测外部攻击,进一步地,由于小组内部参与者将测量后的粒子编码,因此可以恢复相同的秘密.安全与效率分析表明,该协议不仅可以抵抗拦截重发攻击和纠缠测量攻击,而且一个GHZ态共享1bit消息,效率达到理想值.此外,仿真结果表明外部攻击者被检测到的概率与他能获取到的信息量成倍数增长.
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