量子电子签名及形式化分析研究

Electronic signature is a hot study issue in the fields of cryptography and information security, which plays an important role in data integrity protection, identification authentication, nonrepudiation and so on. Several problems in electronic signatures based on quantum cryptographic new technology and their application will be studied in this project by the way of combining the quantum cryptographic new theory and classical information electronic technology. The main research content includes: analysing the present quantum electronic signature schemes' security, finding the possible security leaks, and giving an effective solution way; studying the new design of blind signature, proxy signature, group signature and so on based on quantum cryptographic technology; studying the formal analysis of quantum electronic signatures and searching a general way and principle on the security proof of quantum electronic signatures.

电子签名在数据完整性保护、身份认证和不可否认性等方面发挥着重要的作用，一直是密码学和信息安全领域的一个热点研究课题。本项目拟采用将量子密码新理论和经典电子签名技术相结合的方法，研究基于量子密码新技术的电子签名及其应用中存在的若干问题。主要研究内容包括：分析已有量子电子签名方案的安全性，找出可能存在的安全漏洞，并给出有效的解决方法；研究基于量子密码技术的盲签名、代理签名、群签名等具有特殊性质的电子签名方案的新型设计；研究量子电子签名方案的形式化分析方法，探索普适的量子电子签名方案的安全性证明方法和原则。

电子签名在数据完整性保护、身份认证和不可否认性等方面发挥着重要的作用，一直是密码学和信息安全领域的一个热点研究课题。本项目采用将量子密码新理论和经典电子签名技术相结合的方法，对量子电子签名协议的设计、分析和安全性证明等相关问题进行了研究，并按计划完成了研究目标和任务，先后在《IEEE Transactions on Computers》、《IEEE Access》、《Quantum Information Processing》、《International Journal of Quantum Information》、《物理学报》和《电子与信息学报》等国内外杂志发表论文19篇，其中SCI已收录18篇，相关成果已被引用96次，1篇ESI高被引论文，已申请国家技术发明专利2项，获河南省自然科学优秀论文二等奖1项。取得的主要成果包括：提出了一种新的签名消息完整性保护方法，可以节约至少三分之一的经典和量子资源；研究了多方量子电子签名的安全性设计原则，给出了签名密钥、验证密钥以及不同验证密钥之间须满足的条件和要求；设计了一种实用的多方量子电子合同签署方案，方案的安全性不再依赖当前的签名技术；提出了一种新的实用量子保密查询方案，该方案不仅能够用于大数据的查询，而且在不完美光源下保持了理想的数据库安全性和零失败概率；分析了相关量子密码协议的安全性，并首次提出了诬陷攻击和一种新的参与者攻击策略。同时，进一步凝练了研究方向和团队，培养青年骨干教师2名，申请人入选洛阳市优秀科技杰出人才支持，并培养研究生4名，顺利完成了研究目标和任务。