量子签名协议的设计与分析

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导师姓名
温巧燕  
学科专业
密码学  
文献出处
北京邮电大学   2014年
关键词
          
论文摘要

数字签名是现代密码学的一个重要的分支,在信息安全领域中有着广泛的应用。数字签名能够实现身份认证、数据完整性保护以及不可否认服务的功能。随着信息不断面向数字化和网络化的快速发展,随之而来的信息安全问题也是我们面临的亟待解决的问题。传统意义上的信息安全主要依靠经典密码体制为其提供安全性保障。但随着计算机运算能力的不断提高,以各种数学难题的计算复杂性为基础的经典密码体制,遭遇到了前所未有的冲击。融入了量子力学的量子密码学,相对于经典密码的计算安全而言,可以达到无条件安全,因而受到了越来越多的青睐和广泛的关注。其中,量子签名协议融合了量子密码学和数字签名技术,弥补了普通数字签名在安全性上的不足之处,广泛应用在电子现金和电子合同等电子支付系统中。在本文中,我们以当下热门的量子签名为研究方向,根据不同的应用场景下的不同需求,设计以及分析改进了多种量子签名协议,如量子盲签名、量子群签名、带有仲裁的量子签名等具体如下:在量子盲签名方面,我们提出了第一个基于双态向量形式的量子盲签名协议,通过双态向量形式,我们可以根据两次测量的结果,来推测两次测量之间的量子系统的状态,相对于普通的量子态演变的刻画,这种刻画更加的完善,我们利用这种新的量子系统的刻画,通过两次测量之间量子态的关联关系来完成盲签名协议的设计,较之前的协议而言,该协议具有更高的验证效率。之后,我们对Yang等人对此协议的改进协议进行了分析,发现并指出了其改进协议具有安全性漏洞,不能抵抗参与者攻击方案,并根据他们的建议,完善了我们的协议。另外,针对基于会话的盲签名方案中,我们从信息论角度出发,指出了量子签名协议设计中经常忽略的信息泄露问题,特别是密钥信息的泄露是很重要的安全性问题,并在此基础上,我们提出了增加部分不确定性来补充信息熵的改进方法,减少攻击者对密钥信息的获取。在量子群签名方面,我们对一种基于隐形传态的量子群签名进行了分析,并指出该类基于隐形传态设计的协议中,共有的安全性问题,即如何安全地分发初始的量子纠缠态。我们结合目前较为前沿的量子反直观方案,实现在没有光子通过量子信道的情况下,三方或者两方可以安全地共享量子纠缠,提高了协议的安全性。在有仲裁的量子签名方面,我们利用量子单向函数改进了一种带有仲裁的量子签名协议。从而避免了攻击者都可以任意伪造合法的量子签名的问题,而量子单向函数的应用可以有效地避免目前已知的带有仲裁的量子签名的模型的不安全性。

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摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 研究现状

1.3 论文安排及主要研究成果

第二章 基础知识

2.1 量子力学基础

2.1.1 量子比特

2.1.2 算子

2.1.3 量子测量

2.1.4 量子纠缠

2.1.5 纠缠交换

2.1.6 隐形传态

2.2 量子力学基本原理

2.2.1 测不准原理

2.2.2 量子不可克隆定理

2.2.3 非正交态不可区分定理

2.3 量子密码学的基础协议

2.3.1 BB84协议

2.3.2 ZMWZ协议

2.4 本章小结

第三章 量子盲签名协议的设计与分析

3.1 基于双态向量形式的量子盲签名

3.1.1 双态向量形式

3.1.2 SHWL协议

3.1.3 YHL协议

3.2 基于会话的量子盲签名协议

3.2.1 KZ协议

3.2.2 针对KZ协议的攻击策略

3.2.3 改进协议

3.3 本章小结

第四章 量子群签名协议的分析与改进

4.1 基于隐形传态的量子群签名协议——WTJN协议

4.1.1 初始化阶段

4.1.2 签名阶段

4.1.3 验证阶段

4.2 对WTJN协议的分析

4.2.1 Bob的伪造

4.3 改进的量子群签名协议

4.3.1 反直观的量子纠缠分发

4.3.2 初始阶段

4.3.3 签名阶段

4.3.4 验证阶段

4.4 本章小结

第五章 有仲裁的量子签名协议的分析与改进

5.1 基于单向函数的有仲裁的量子签名协议——LCYY协议

5.1.1 量子单向函数

5.1.2 基本协议

5.2 针对LCYY协议的攻击策略

5.2.1 初始化和签名阶段

5.2.2 验证签名者阶段

5.2.3 验证签署信息阶段

5.3 改进协议

5.3.1 初始和签名阶段

5.3.2 验证签名者阶段

5.3.3 验证已签署的消息阶段

5.3.4 安全性分析

5.4 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

致谢

博士在读期间完成的论文

博士在读期间参与完成的项目

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