实用量子保密查询中的关键问题研究

Oblivious transfer has important applications in cryptography. Quantum private query (QPQ) deals with the problem of 1-out-of-N oblivious transfer, and can protect both parties’ privacy when a user tries to obtain an item from the database. Practical QPQ, which is based on similar technology of quantum key distribution, can be easily realized within current technology and has attracted much attention. In this project we study some key theoretical problems in practical QPQ, including: (i) try to find a method to improve the security of such protocols against collective attack; (ii) design new models of practical QPQ which have better trade-off between the expected value of the amount of items Alice can obtain and the protocol’s failure probability; (iii) analyze the effect of using non-ideal photon resources on the security, and give secure QPQ protocols with such resources; (iv) design device- independent or measurement- device- independent QPQ protocols. The results will promote the development of practical QPQ, and provide theoretical support for its possible implementation in the future.

不经意传输在密码学中有着重要的应用。量子保密查询用来解决N取1的不经意传输问题，它能够在用户访问数据库的同时保护通信双方的隐私。实用量子保密查询协议基于量子密钥分配技术即可实现，具有很强的应用潜力，已经引起了广泛关注。本项目研究实用量子保密查询中的若干关键理论问题，主要包括：研究如何提高实用量子保密查询协议抵御联合攻击的能力；探索新的实用量子保密查询模型，尝试改变现有协议中Alice平均可得条目数和协议失败概率相互制约、不能同时达到理想的现状；研究当前实际应用中普遍采用的非理想单光子源对协议安全性的潜在影响，设计适用于非理想单光子源的实用量子保密查询方案；设计设备无关或测量设备无关的实用量子保密查询方案。项目研究成果将为今后量子保密查询可能的实际应用提供理论支持。

实用量子保密查询协议基于量子密钥分配技术即可实现，具有很强的应用潜力，已经引起了广泛关注。本项目研究实用量子保密查询中的若干关键理论问题，主要内容包括：. 在抗联合测量攻击方面，提出了一种新的QPQ协议，增强了数据库针对JM攻击的安全性；从数据库隐私和用户隐私方面分析了协议的安全性；保持了基于QKD的QPQ可容错的出色特性。在同时降低平均可得条目数和协议失败概率方面，分析了RRDPS-PQ协议的安全性，发现了由于多光子的存在，Alice可以在多次查询中获得多于预期的数据库条目；提出了一个改进的RRDPS-PQ协议，弥补了原始协议的两个缺陷；构建了一个通用的具有“IDS-ZF”性质的QOKT-PQ模型。非理想单光子源对协议安全性的潜在影响方面，指出了基于QKD的QPQ在纠错过程中潜在的安全漏洞，给出了攻击现有的带纠错基于QKD的QPQ方案；提出了一个在程度较轻的信道噪声下真正具有高可靠性及高安全性的QPQ方案；得到了一个可容忍错误率的上界。在设备无关的QPQ方案中，总结了QPQ在可用性、理论安全性和实际安全性方面所取得的进展；指出了将QPQ放置在DI框架中是必要且可能的；移除了对设备可信性的依赖，排除了不完备探测器的影响，实现了对数据库和查询者的隐私保护。. 本项目的预期考核指标为“项目结题时发表相关SCI 刊源论文10 篇以上，其中重要国际期刊（二区或影响因子2 以上）论文6 篇以上”，目前项目组已经超额完成计划的研究内容，现已在JSAC、Physical Review A等著名国际国内期刊发表23篇SCI检索论文（详见成果清单），其中包括2篇ESI高被引论文，重要国际期刊（二区或影响因子2 以上）论文19篇。