量子不经意密钥分发的实际安全性研究

Quantum Oblivious Key Distribution (QOKD) has attracted lots of attentions recent years, since QOKD protocols can not only solve symmetrically private information retrieval problem with higher security and low implementation difficulty, but also solve other cryptographic problems such as oblivious transfer and oblivious member decision. Just like the security of quantum key distribution protocols, the security of QOKD protocols is under threat in practice because of the imperfection of quantum communication devices. Therefore, the practical security problem is a key problem for the practical applications of QOKD protocols. However, this problem has not caused enough attentions at present..This project involve some important problems of the practical security of QOKD protocols, including: to study the practical security problems caused by imperfect light source, and explore strategies to resist the photon number splitting attacks; to study the practical security problems caused by imperfect channel, and propose QOKD protocols which is suitable for the loss channel and the collective-noise channel; to study the practical security problems caused by imperfect detections, and analyze the influence of time shift attacks and the blinding attacks. The results of this project will provide theoretical basis for the practical applications of QOKD protocols.

量子不经意密钥分发（QOKD）协议不但为对称保密信息获取问题提供了安全性更高、实现难度较低的量子方案，还可以解决不经意传输、不经意成员确定等其他密码学问题，近年来受到了广泛关注。如同量子密钥分发协议一样，现实中QOKD协议的安全性也会受到由量子通讯设备不完美性带来的威胁。因此，实际安全性是QOKD协议实用化道路上最为关键的问题之一，而目前这方面的研究还比较少。.本项目主要研究QOKD协议的实际安全性问题，包括：1. 研究由光源不完美性引起的实际安全性问题，探索QOKD协议中的抗光子数分束攻击策略；2. 研究由不完美信道带来的实际安全性问题，设计抗集体噪声QOKD协议和可容忍信道损失的QOKD协议；3. 研究由探测器不完美性引起的实际安全性问题，分析时移攻击和致盲攻击对QOKD协议中参与者隐私安全的影响。项目成果将为QOKD协议的实际应用提供可靠的理论支持。

量子不经意密钥分发（Quantum Oblivious Key Distribution, QOKD）协议不但为对称保密信息获取问题提供了安全性更高、实现难度较低的量子方案，还可以解决不经意传输、不经意成员确定等问题，近年来受到了广泛关注。如同量子密钥分发协议一样，现实中QOKD协议的安全性也会受到由量子通讯设备的不完美性所带来的威胁。因此，实际安全性问题是QOKD协议实用化道路上最为关键的问题之一。本项目主要研究QOKD协议的实际安全性问题，研究成果主要包括以下几方面内容：..1.设计了基于单光子干涉通信线路的QOKD协议。利用光子路径的不确定性关系和单光子干涉电路中的干涉结果，提出了一种基于QOKD思想的量子保密查询协议（Quantum Private Query, QPQ）。该协议是容错的，并且易于在基于单光子干涉的量子通信系统中实现，在不对不诚实方的计算能力进行任何假设的情况下，证明了不诚实用户只能从数据库中窃取多于一个条目，并且该数据库中任何不诚实行为都会被用户以非零概率发现。..2.提出了适用于基于弱相干光源的QOKD协议的诱骗态方案。我们首先分析了弱相干光源中的多光子信号对QOKD协议实际安全性的影响。当QOKD用于保密查询时，研究结果表明多光子信号严重影响了协议安全性：当不诚实用户仅保留3光子以上信号时，获取的数据库条目可达正常执行协议的上千倍。之后我们提出了针对此类攻击的诱骗态防御策略，该防御策略能够大大降低不诚实用户的攻击效果。..3. 基于QOKD的思想设计了多种量子身份认证协议。针对基于单光子干涉的通信线路和反事实量子通信线路设计了多个量子身份认证协议。这些协议可以有效地认证协议双方身份的真实性，保护QKD、QSS等量子密码协议不受中间人攻击的影响。此外，部分协议还通过将QKD过程与量子身份认证过程的随机混合，实现了大比例的密钥扩展。..此外，项目组还在量子密钥协商、量子图像加密等相关领域取得了不错的成果，完成了既定的研究目标。