[发明专利]一种基于Grover迭代灵活追踪的仲裁量子签名设计方法

说明书

本发明公开一种基于Grover迭代灵活追踪的仲裁量子签名设计方法，该设计利用Grover搜索算法实现在签名发生纠纷时，仲裁管理方可以找到问题签名的签署者。在仲裁过程中，仲裁管理系统和每个签名参与者进行协商，从而获得最终密钥，找到问题签名的签署者，避开了仲裁群签名直接“公开”的机制。本发明的特点是建立一个完备的仲裁签名验证系统，仲裁管理系统可以选择是否公开问题签名签署者身份，具有灵活追踪性和公平性。

技术领域

本发明涉及量子密码学和量子签名领域，尤其涉及一种基于Grover迭代灵活追踪的仲裁量子签名设计方法。

背景技术

量子密码是一种新型的密码体制，以密码学和量子力学为基础，利用量子物理方法实现密码思想。将量子密码学应用在数字签名中，量子签名与量子计算相结合是当今的前沿领域，对未来的量子密码学发展具有重要的理论意义和应用价值。

经典计算在信息处理上的缺陷与不足促使了量子计算的迅速发展。Shor算法和Grover搜索算法的出现更是证明了量子计算具有强大的并行处理能力，因此学者们利用量子计算的优势来设计相关的量子通信方案。对密钥搜索具有二次加速作用的Grover算法能够适应不同的搜索需求，其在量子通信协议的设计与应用方面，已经有了一些研究成果，包括基于Grover算法的受控量子对话协议（CQD）、量子密钥协商协议（QKA）及量子签名协议（QKA）等，证明了使用量子搜索算法构建安全通信方案的可行性。

目前研究的仲裁量子签名构造方法主要有两种，一种是基于单比特酉运算的逐比特签名方案，另一种是基于比特间受控运算的多比特签名方案。针对前一种签名方案的设计分析有一些研究成果，而对后一种基于比特间受控运算的签名方案研究很少且不充分。尤其是针对签名追溯性问题缺乏严谨的纠纷解决机制，以及针对安全性尚无统一评价标准，这对于仲裁量子签名在各个领域的应用来说缺乏相应的灵活性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于Grover搜索算法的半量子仲裁签名设计，该设计利用Grover搜索算法实现在签名发生纠纷时，仲裁管理方可以找到问题签名的签署者。

本发明的技术方案如下：

一种基于Grover迭代灵活追踪的仲裁量子签名设计方法，包括以下步骤：

步骤A：在提出的半量子仲裁签名系统中，一个为可信方仲裁管理方，管理员P₁,P₂,P₃,...,P_N-1为N-1位签名参与者；每个参与者（合法用户）都可以生成一个2n长度的随机序列，作为这个参与者的秘密密钥，其中，是仲裁管理方的秘密密钥；

步骤B：每个签名参与者都准备好随机序列和序列 ，序列长度都为2n；根据 的值，签名参与者 对序列执行酉运算 ，得到新的序列 ；同时签名参与者随机制备 个诱饵粒子，随机插入到序列中得到序列 ； 标记每个诱饵粒子的相应状态、状态值 和位置；然后将序列发送给仲裁管理方；

步骤C：收到序列后，仲裁管理方将这些诱饵粒子直接反射回去；因此，仲裁管理方可以从序列中得到，接着根据经典基测量该序列，从而获得测量结果；接着，仲裁管理方制备随机序列，且仲裁管理方本身就持有2n比特长度的秘密密钥，就可以根据和准备一个新的量子位序列；重新排列所有量子比特，形成序列，同样准备个诱饵粒子，并将它们随机插入序列中以得到新的序列；最后，仲裁管理方把序列发送给下一个签名参与者；

步骤D：用相应的经典基测量反射回来的诱饵粒子，得到测量结果并与先前标记的状态值比较，可以计算出相差的值；如果计算出的差值不超过阈值，公开告知仲裁管理方量子信道是安全的；相反，宣布通信无效，并立即切换到临时通道并继续执行协议，之后每个管理者重复上述步骤B到步骤D使仲裁管理方T获得最终密钥K（所有人秘密密钥合集）；