新型量子秘密共享协议和实验方案研究

Quantum secret sharing (QSS) is an important branch of quantum cryptography and is widely applied in many technologies, such as secure group communications, e-voting protocols etc. In spite of the important theoretical and experimental achievements in the field of the QSS after two decades of development, a number of key challenges remain, such as the lack of comprehensive security analysis, and the impracticality of theoretical protocols and experimental schemes to real-life applications. To improve this situation, in this project we will try to: 1) improve the security analysis of current QSS protocols and develop new attack strategies, and achieve offensive and defensive strategies for QSS protocols based on different principles of quantum physics. 2) explore new ideas on the proof of the information-theoretic security of QSS. 3) propose a novel QSS protocol based on the information causality, and 4) prove the feasibility of the proposed protocol by developing an experimental test system. The results of this project, are not only expected to improve the theoretical analysis of QSS protocols, but also will provide a novel optional protocol and a stable practical scheme for the development of QSS technologies.

量子秘密共享是量子密码学的一个重要分支，被广泛的用于群体间保密通信、电子拍卖协议等。经过20年的发展，量子秘密共享在理论和实验均获得丰硕成果。但受限于安全性分析不完备、理论协议与实验方案无法满足实用化需求等问题，使得其离真正的实用化仍有一定的距离。鉴于此，本项目拟进行以下研究内容：1）完善已有量子秘密共享协议的安全性分析，开发新的攻击策略。归纳针对基于不同量子物理特性的协议的攻击策和防御策略；2）探索证明量子秘密共享协议的信息理论安全的新思路；3）开发基于信息因果关系原理的新型量子秘密共享协议；4）为所提出的协议设计和搭建相应的实验测试系统，测试协议的可行性。通过本项目的研究，有望完善量子秘密共享协议的安全性理论，同时为量子秘密共享的实用化提供新颖的备选协议以及稳定的实用化方案，从而推动其实用化进程。

量子秘密共享是量子密码学的一个重要分支，被广泛的用于群体间保密通信、电子拍卖协议等。经过20年的发展，量子秘密共享在理论和实验均获得丰硕成果。但受限于安全性分析不完备、理论协议与实验方案无法满足实用化需求等问题，使得其离真正的实用化仍有一定的距离。鉴于此，本项目借鉴无需监测信号扰动的量子密钥分发协议，我们设计一种无需监测信号扰动的量子秘密共享协议，圆满的完成了项目既定研究目标。该协议的安全性依据的是信息因果关系原理，因而在通信过程中无需监测信号的扰动，极大的增强了安全性。同时该协议基于单粒子系统，相比于基于纠缠粒子的量子秘密共享协议，用户的扩展更加简单，因而实用性更强。项目发展的量子秘密共享安全分析方法对未来协议的设计有着指导性作用。该工作为未来实用化量子秘密共享系统提供备选协议。