[发明专利]一种基于六粒子隐形传态的量子仲裁签名方法及系统

说明书

本发明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_ac和K_bc，Alice或Bob向Charlie发起通信请求；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加密三份量子态，然后使用K_ac加密|ψ′₁；验证签名。本发明通过使用使用2个三粒子GHZ态构成的六粒子纠缠系统，利用其本身稳定的纠缠属性实现较为长久的粒子保存，可以较好的抵御量子信道中存在的噪音干扰；通过共享的密钥对，抵御内部攻击与外部攻击策略；通过三方各自共享的密钥对，搭建三方互相身份认证框架。

技术领域

本发明属于量子仲裁签名技术领域，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。

背景技术

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(quantum secretsharing,QSS)、量子隐形传态(quantum teleportation,QT)、量子安全直接通信(quantum secure directcommunication,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。