基于UC安全的抗共谋量子密钥协商关键技术研究

Quantum key agreement (QKA) is an important research area in the field of quantum cryptography. QKA, which is based on the principle of quantum mechanical, provides new theory and method for realizing secure key agreement. Focusing on the fairness and composable security of QKA problems, this proposal explores UC secure QKA protocol which can resist collusion attacks from two aspects of resisting collusion technology and proven method. Detailed work concludes: Firstly, in the UC model, proposing the security model and ideal function of QKA, investigating the QKA’s composable security proof method, to improve the theory of quantum UC security. Secondly, propose an efficient circle-type QKA model which can resist the general collusion attacks, to solve the collusion problems on Circle-Type (CT) QKA protocols. Thirdly, based on the technology of blocking check, study the fairness of QKA in the malicious model, to enrich the the fairness theory of quantum secure multi-party computation. Our works will provide theoretical basis for secure QKA protocols in the composable environment, and provide new method for realizing secure quantum multi-party computation which can resist collusion attacks.

量子密钥协商（QKA）是量子密码学的重要研究内容，它利用量子力学原理为实现安全的密钥协商任务提供了新的原理和研究方法。本课题主要针对环型量子密钥协商的公平性问题和可组合安全证明问题，从抗共谋攻击技术和安全证明方法两个层面，研究抗共谋的UC安全量子密钥协商。具体内容包括：首先，在UC(Universally composable)框架下，给出QKA的安全模型和理想函数，研究QKA的可组合安全证明方法，进一步完善量子可组合安全理论；其次，研究抗多用户共谋的密码技术，解决当前环型QKA所面临的共谋攻击问题；第三，基于量子分块检测窃听技术，研究恶意模型下可抵抗恶意参与者攻击的公平机制，丰富量子安全多方计算公平性理论。本课题研究成果将为最终实现QKA在各种执行环境下的通用安全提供理论依据，并为抗击共谋攻击的量子多方计算提供设计方法。

量子密钥协商的研究是当前量子密码学的重点领域之一，它可以使得多个不可信参与者合作、安全计算一个密钥协商任务。在本研究课题中，我们利用量子密码技术，结合安全多方计算方法，详细探讨了可抗共谋攻击的多方量子密钥协商方案与可组合安全理论研究，并研究了基于量子力学理论的同态加密方案。项目的研究结果包括：（1）详细分析了共谋攻击技术，发现环形密钥协商的安全漏洞，通过改进安全计算模型和运用加密技术，在不降低协议效率的前提下，阻止共谋者的攻击行为；（2）利用量子密钥协商技术手段改进量子多方求和方案，提高安全性和求和效率；（3）提出了部分同态加密方案，并基于此方案，构造了一种高效的对称量子部分同态可搜索加密方案，用于对量子云计算环境下，密文数据库信息的搜索；（4）基于半适应性非交互零知识证明构造了陷门单向函数，及在云计算环境下外包计算中安全云审计应用研究，提高了云审计的性能。（5）量子密钥协商中理想函数设计及现实协议的不可区分证明，讨论了不同可组合安全模型下，多方量子密钥协商协议的安全证明。这些研究结果丰富了对多方安全计算理论的理解，并对潜在的量子云计算应用提供了理论依据。在项目执行期间，项目组共发表SCI期刊论文十多篇，申请国家发明专利5项。