[发明专利]一种基于量子行走的半量子群签名方法及系统

说明书

本发明属于量子通信技术领域，公开了一种基于量子行走的半量子群签名方法及系统，采用半量子的通信方式进行群组内部通信；采用基于量子行走的方式进行群组外部的通信，使纠缠态粒子在行走的过程中自动生成，对通信消息采用基于量子行走的隐形传态进行传输；对分发的信息在群组成员进行签名时，使用一定的编码规则对消息进行盲化处理，使盲化之后的信息不被其他群组成员以及外部的潜在攻击者获取；以及对盲化之后的信息进行抗抵赖、抗否认、抗伪造性、截获重发攻击和纠缠攻击安全性分析。本发明中群组内的通信采用的都是基于单光子的信息传输，使得量子的制备和检测也相对容易，在实际的应用过程中极大节约了通信成本。

技术领域

本发明属于量子通信技术领域，尤其涉及一种基于量子行走的半量子群签名方法及系统。

背景技术

目前，最接近的现有技术：

数字签名最初由Diffie和Hellman于1976年提出，它在经典密码学和许多其他应用场景(如数据完整性保护，身份验证和授权)中发挥着非常关键的作用。然而，经典数字签名的安全性取决于一些未经证实的计算复杂性假设，这些假设在面对量子计算时是不可靠的。

因此，提出了量子数字签名，它通过经典数字签名进行扩展，将量子力学理论添加到原始数字签名中。由于量子态的性质，量子特征吸引了许多研究者的兴趣，并提出了许多量子签名发明。第一个量子签名发明由Gottesman和Chuang于2001年提出，它们使用单向函数来完成签名发明。2002年，Barnum等人发现了这种量子签名的漏洞，并提出了量子签名的不可行定理。不久后Zeng和Keitel提出了一种具有GHZ状态的仲裁量子签名(AQS)发明，通过设置仲裁方，他们成功地克服了Barnum提出的理论。而在2008年，Yang和Wen提出了一个多代理量子群签名发明，实现了门限共享验证，在这之后，研究者们又相继提出了许多AQS发明。并且随着量子技术的发展，一些特殊的数字签名方法也可以通过量子方式的实现。

量子群签名便是这些特殊的签名之一。量子群签名由多个群组成员和一个群组管理员构成。在该组中，任何群组成员都可以代表整个组来签署消息，并且签名消息的过程完全是匿名的。验证者不能知道签名者的身份，只能检查签名的有效性和完整性。群组管理员在签名的过程中同时也履行仲裁方职能，作为仲裁方的群组管理员可以知道签名者的具体身份，当发生争议时，群组管理员可以打开签名以显示签名者的身份。2008年，Yang和Wen提出了一种多代理量子群签名，它实现了阈值共享验证。然后在2010年，他们提出了一种基于量子隐形传态的量子群签名，并在2014年由Qi等人进行了改进，因为它在传输后的窃听过程中对内部攻击者不安全。在此之后，许多研究人员已经在许多实际应用中使用和改进了量子群特征。如内银行代理盲签名，基于量子通信的网上购物机制。而在2017年Zhang等人利用四量子比特纠缠态提出了一种基于量子群盲签名的第三方电子支付协议。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)从上述背景并结合量子群签名通信的特征可知，不论是群组成员与群管理员之间的通信过程，还是群组成员与验证者的通信过程，现有的量子群签名发明大多都使用的是簇态粒子或多粒子纠缠态。但是就目前的实践技术上来说，簇态粒子和多粒子纠缠态的制备以及存储都是十分困难，所以这些发明大多都难以使用于实际情况之中。

(2)目前大多数协议采用的盲化处理过程的编码形式是对Bell态粒子测量之后使用不同的测量基进行测量，0代表Z基测量，1代表X基测量，根据测量结果的{0，1，+，-}分别编码为{00，01，10，11}。但是，这样的编码形式有很大概率暴露原始信息，比如，假设攻击者提取编码后信息的前半部分，即01中取0，那么对所有编码信息都采取这样的操作，就可以还原出原始的信息，这样编码方式的安全性存在极大的隐患，并且由于使用的是Bell态粒子，所以对使用单光子进行传输的本协议并不适用。基于以上的技术不足，本发明对盲化处理的过程进行了重新设计并使其符合半量子的特征。