[发明专利]一种多维量子同态加密方法

说明书

本发明属于量子通信和量子密码学领域，具体为一种多维量子同态加密方法，包括随机生成两组密钥，所述随机密钥由客户端保存；客户端生成量子明文态，使用保存的密钥通过加密算子将所述量子明文态生成密文态；服务器从允许的量子操作集中选择客户端需要的操作算子，对客户端发送的密文态进行计算；客户端对服务器计算后的密文态，使用保存的密钥执行解密操作；本发明能够能够允许客户端向第三方服务器端请求计算服务，同时又不要把信息暴露给服务器的方法，保证了委托计算过程中的数据安全，又能让第三方服务器完成计算任务，同时多维量子的同态加密，可以大幅提高单粒子位携带信息量。

技术领域

本发明涉及量子通信和量子密码学领域，具体为一种多维量子同态加密方法。

背景技术

随着经济社会的发展，人们对大数据的存储和计算需求必将日益增长，在量子云模式客户端存储和计算能力均有限情况下，将数据存储和计算委托于第三方服务器也将成为趋势，但由此产生的数据安全和用户隐私保护问题也成为了人们的关注。假设在量子云环境下，客户端需要向服务器端请求计算服务，首先客户端将自己的量子数据作加密计算，然后将加密的量子数据发送到服务器端。服务器端在不知道用户加密密钥情况下对用户发送的数据执行用户期望的计算操作之后，将其发回客户端。客户端对其解密，解密结果恰好就是用户期望的对明文计算结果。幸运的是，这种需求可以采用量子同态加密的方法来实现，在保护用户隐私的情况下，完成对客户端数据的计算任务。

随着量子技术的发展应用，未来对量子环境下的用户数据安全也将受到越来越多的关注。因而目前基于量力学基本原理，许多量子密码协议被提出，并且在量子计算条件下相比经典同态加密算法更安全。这启示我们可以构造量子计算环境下的隐私保护解决方案，其允许无需解密的量子数据被操作。

而基于量子线路的量子态加密因为使用通用量子线路的交换性质可以很好的构建量子同态加密方案，然而随着输入量子位的增多其量子线路规模快速增长，造成实现上的复杂化。

因此，有人提出通过使用酉操作，避开了由于量子线路造成的实现复杂；相关的研究有二维或三维量子同态加密，如王育齐等人提出了一种通用的同态加密框架(王育齐,佘堃.通用的量子同态加密框架[J].计算机科学与探索,2016,10(11):1571-1576.)；公开号为CN105933281A提出了一种量子同态对称可搜索加密的方法及系统；这些量子同态加密的方案研究了二维或三维量子同态加密，但并没有对更高维的情况进行研究，而二维或者三维的情况下通用性不强。

发明内容

基于现有技术存在的问题，本发明提出了一种多维量子同态加密方法，能够适应多维量子的同态加密，可以大幅提高单粒子位携带信息量；本发明的方法主要包括以下步骤：

S1、客户端随机生成两组密钥k_i,j_i，由客户端保存；

S2、客户端生成d维量子明文态使用步骤S1保存的密钥通过加密算子将所述d维量子明文态生成密文态；

S3、服务器从允许的量子操作集合F_Δ中选择能够完成用户计算需求的操作算子U_α,β，对客户端发送的密文态进行计算；

S4、客户端对服务器计算后的密文态，使用步骤S1保存的密钥执行解密操作；

其中，i∈{1,2,…,n}；σ_i表示客户端生成的d维量子态，即根据明文信息生成的d维量子态；n表示一次要处理的粒子数；d表示维度。

进一步的，所述密文态的生成包括：