量子匿名密码协议的设计与分析

Anonymity is one of the most basic privacy demands in today's society, and it is also an important research content of cryptography. Anonymous communication, anonymous voting, anonymous sorting, anonymous auction, ring signature and other important issues have always been the focus of anonymity. The research on these problems in the classical cryptography is deep, but the research in quantum cryptography is still in its infancy..This project carries out research on quantum anonymous cryptographic protocols, mainly from quantum communication, quantum anonymous voting, anonymous quantum anonymous sorting, anonymous auction, ring signature. In particular, to solve existing quantum anonymous communication needed to establish an anonymous entanglement between sender and receiver. To research the problem of repeated voting of dishonest voters, fewer security attributes, the model of a single, being not satisfied the special application background in quantum anonymous voting. To solve the problem that the existing quantum anonymous sorting protocols have centralization and the user data cannot be kept secret. Design secure and efficient quantum anonymous auction and quantum ring signature. Analyze and improve existing quantum cryptographic protocols. This project will promote the balanced development of different branches in quantum cryptography, help to explore the essential difference between classic technology and quantum technology in the application of cryptography, and provide theoretical support for the future possible practical application.

匿名性是当今社会最基本的隐私诉求之一，也是密码学的重要研究内容。匿名通信、匿名投票、匿名排序、匿名拍卖、环签名等重要问题一直都是匿名性研究的热点。经典密码中对这些问题的研究较为深入，但在量子密码中研究还处于初级阶段。.本项目主要从量子匿名通信、量子匿名投票、量子匿名排序、量子匿名拍卖、量子环签名等协议入手，开展对量子匿名密码协议的研究。包括：解决现有量子匿名通信都需在收发双方之间建立匿名纠缠的问题；研究量子匿名投票中不诚实投票者重复投票，协议满足的安全属性较少、模型过于单一、无法满足特殊应用背景的问题；解决现有量子匿名排序协议具有中心化以及用户数据无法完美保密的问题；设计安全、高效的量子匿名拍卖和量子环签名协议；分析和改进现有量子匿名密码协议。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，有助于探索量子技术和经典技术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。

量子信息技术的出现对信息安全产生了深刻的影响。现阶段，量子算法严重威胁着现行的公钥密码体制的安全，量子密码为信息安全开辟了崭新的方向。量子匿名密码协议的研究，因更符合网络化、多元化社会的实际应用需求，受到国内外科研工作者的高度重视。. 随机抽签、匿名投票、匿名排序和选择是密码学在实际日常生活中的典型应用，相关解决方案在经典密码中研究较为深入，但在量子密码中研究还处于初始阶段。本项目在深入研究量子局域性等物理本质的基础上，聚焦量子随机抽签协议、量子匿名投票、量子匿名排序和选择，开展对量子匿名密码协议的设计与分析研究。主要成果如下：. 1、量子随机抽签协议的设计与分析. 基于高维度单态中各粒子在同一测量基下测量结果各不相同的性质，设计了具有身份认证功能的量子随机抽签协议并严格证明了协议的安全性。在量子领域给出了实现完全随机抽签的解决方案。. 2、量子匿名投票协议的设计与分析. 针对大规模投票实际应用场景，设计了基于Bell态的量子匿名投票协议，并对其安全性进行了严格的证明。在该协议中，投票者可在半诚实的监督机构和计票机构的帮助下，完成对多选票内容的投票。该投票协议满足合法性、匿名性、公平性、可验证性、不可重用性等多安全属性。针对一票否决特殊应用投票场景，分别设计了基于GHZ态和单粒子的量子匿名一票否决协议，并在IBM在线量子计算机上实验验证。. 3、量子匿名排序和选择协议的设计与分析. 基于匿名标记载体态的思想，提出了移动式和分布式量子匿名排序和选择模型，解决了之前量子匿名排序协议不具备可验证性的问题，避免了协议参与用户恶意篡改排序结果的威胁。. 理论上，本文挖掘了量子技术在随机抽签、匿名投票、匿名排序和选择问题解决方面的独特优势，一定程度上丰富了现有的量子匿名密码研究内容，并为其他相关研究起参考作用。实际上，应对量子信息革命浪潮，为实验和未来的实际应用提供夯实的理论支撑。