量子密码基本协议理论研究

数字签名、比特承诺、掷币等基本协议是密码学的重要研究内容，它们的量子对应是量子密码研究中的关键问题。本项目主要研究量子签名、量子比特承诺、量子掷币等基本协议中的关键理论问题，包括：解决现有对量子消息的仲裁签名协议中只有一位特定接收者可验证签名的问题，设计可多人验证的新协议；探索解决量子签名协议中攻击者通过只攻击少量关键量子比特的方法来攻击量子态比较电路的问题；设计新的欺骗敏感量子比特承诺协议，探索最优的欺骗敏感界；探索理想信道和非理想信道下具有更小偏移的有偏量子强掷币协议等。本项目研究成果将促进量子密码学中不同分支的平衡发展，有助于探索量子消息和经典消息在密码学应用中存在的本质区别，并为今后可能的实际应用提供理论支持。

量子计算机一旦成功将会使基于计算复杂性的经典密码体制受到严峻挑战。因此，研究可以抵抗量子计算的量子密码是非常必要的。本项目致力于量子密码基本协议的研究，主要内容包括：研究可以多人验证签名的对量子消息的仲裁签名协议；设计新的欺骗敏感量子比特承诺协议，探索最优的欺骗敏感界；探索理想信道和非理想信道下具有更小偏移的有偏量子强掷币协议。经过项目组成员不懈的努力，项目组按照计划完成了研究任务，主要成果包括：分析了几种仲裁量子签名协议的安全性问题；设计了一个新的量子一次一密算法，并在该加密算法的基础上，提出了一个可以快速签名和验证的仲裁量子签名方案；分析了基于量子隐形传态的量子多方签名协议，并给出了这个协议的改进方法；基于前后向态设计了一个欺骗敏感比特承诺协议；考虑信道损失问题，设计了两个可容忍损失的量子掷币协议；分析并设计了多种其他密码基础协议，如量子全或无不经意传输协议、量子保密查询、量子可验证的随机数等。. 本项目的预期考核指标为“项目结题时发表论文20篇以上，其中SCI刊源论文16篇以上，国际期刊论文10篇以上”。目前项目组已经超额完成了计划的研究内容，现已发表SCI检索论文32篇（请见成果清单），其中国际期刊论文31篇，包括权威国际期刊《Physical Review A》7篇、《Scientific Reports》4篇、《Quantum Information Processing》10篇、《Quantum Information and Computation》1篇。