通用及设备无关的安全多方量子计算研究

Secure multi-party quantum computation is an important subfield in quantum cryptography, which can be used to ensure the privacy of participants’ inputs and the correctness of computation using the properties of quantum mechanics. We have found that few researchers investigated general secure multi-party quantum computation schemes, the relationships between the complexities of different collusive-attack detecting methods and efficiency of protocols and device-independent secure multi-party quantum computation schemes, which helps optimize the implementations of secure multi-party quantum computation schemes under different security levels and accelerating the study of secure multi-party quantum computation from theoretical aspects to practical aspects. Thus, we conduct the following research: (1) propose general secure multi-party quantum computation schemes and study the relations between the complexities of collusive-attack detecting methods and the efficiency of protocols and (2)based on the previous research, put forward device-independent secure multi-party quantum computation schemes. Secure multi-party quantum computation has many applications in various fields such as data mining, electronic commerce and information retrieval. Thus our research is significant in both theory and practice.

安全多方量子计算是量子密码一个重要的子领域，它利用量子力学的性质确保参与方数据的保密性及最终计算结果的正确性。量子通用计算方案及不同的抗共谋攻击方法复杂度与协议执行效率的关系、设备无关的安全多方量子计算等方面还缺少相关研究。对这些问题的研究有利于优化不同级别攻击手段下安全多方量子方案的实现、加速安全多方量子计算从理论研究到实际应用的进程。本项目拟研究以下内容：（1）提出安全多方通用计算方案，并研究不同类型的抗共谋攻击方法的复杂度与协议执行效率的关系；（2）在前者的基础上研究设备无关的安全多方量子计算方案。本项目的研究既具有重要的理论意义，同时也有助于推动安全多方量子计算在云计算、数据挖掘、电子商务、信息检索等领域的应用。

项目背景.安全多方量子计算是量子密码一个重要的子领域，它利用量子力学的性质确保参与方数据的保密性及最终计算结果的正确性。本项目拟研究以了安全多方通用计算方案和设备无关的安全多方量子计算方案，并探索了盲计算和量子机器学习在量子密码中的应用。本项目的研究既具有重要的理论意义，同时也有助于推动安全多方量子计算在云计算、数据挖掘、电子商务、信息检索等领域的应用。..主要研究内容.（1）本项目通过对安全多方量子计算基础协议进一步深入研究，提出了安全集合交集和并集的基数的隐私计算的多方通用量子计算方案，研究了不同安全级别的抗共谋攻击方法复杂度与协议效率的关系。针对具体的共谋攻击漏洞，提出了可抵抗恶意参与者共谋攻击的密码技术，研究了不同安全级别的共谋攻击类型复杂度与协议执行效率的关系。.（2）对设备无关的安全多方量子计算方案进行了研究，研究了不同设备模型下的设备无关的两方量子计算方案，提出了基于telepathy game的设备无关量子安全多方量子求和方案。..重要结果、关键数据及其科学意义.本项目围绕通用及设备无关的安全多方量子计算方案开展研究，具体涉及集合交集和并集的基数的隐私量子计算、量子安全求和、量子隐私比较、量子秘密分享、盲量子计算、量子密钥协商、量子生成对抗网络等研究内容，这些研究成果可用于云计算、数据挖掘、电子商务、信息检索等领域，具有一定的应用前景，关键成果如下。.本项目提出安全集合交集和并集的基数的隐私计算的多方通用计算方案，该方案以GHZ量子态为信息载体，可以正确地得到两两之间、或三方的交集（并集）基数。该工作也从量子噪声的角度分析了六种马尔可夫噪声对该协议的影响。.其次利用Brassard等人提出的telepathy game设计了一个设备无关的安全多方量子求和方案，但由于该telepathy game的特殊性，需要引入一个可信第三方完成多方纠缠态的真实性检测。后续需要研究如何将该可信第三方去除，进一步减少安全性假设。