噪声环境下的量子隐私查询协议的研究

论文摘要

量子隐私查询是经典对称隐私信息检索在量子领域的一个扩展。相比于基于数学困难问题假设的经典对称隐私信息检索,量子隐私查询在通信复杂度和安全可靠性方面都具有明显的优势,这些优势源于量子力学的特殊性质(量子纠缠性、海森堡测不准原理等)。保障数据库安全和用户隐私是量子隐私查询协议的两个根本需求。在满足安全需求的同时,经典客户端和量子信道噪声问题也是决定协议实用性的重要因素。本文重点研究如何在保证安全性前提下适用于经典客户端的量子隐私查询协议及其如何容忍量子信道噪声的问题。首先,本文设计了一个具有经典客户端的量子隐私查询协议。该协议以单光子作为量子隐私查询的资源态,在具有全量子能力的云服务器的帮助下两个“经典”客户端(数据库拥有者和数据使用者)共享非对称密钥。该协议具体的优势如下:(1)在不泄露参与者隐私的情况下将复杂的量子操作外包给量子服务器,数据库拥有者和数据使用者仅需要接入量子信道,并具备重排量子比特的能力即可;(2)具备实时的安全检查能力,从而获得了更好的安全性能;(3)能容忍不可信的量子服务器,服务器的任何可能的攻击行为能被实时的安全检查发现。然后,对上面所提的协议进行扩展,设计了可以抵抗联合噪声的量子隐私查询协议。该协议优势如下:(1)利用逻辑贝尔态作为量子资源,使通信免于联合噪声的干扰;(2)利用量子态的纠缠特性和海森堡测不准原理保障数据库安全和用户隐私;(3)实现噪声环境下经典客户端的量子隐私查询。综上所述,本文通过安全委托计算的方式成功地解决了量子隐私查询在实际应用环境中存在的信道噪声和用户量子能力不足等问题。安全分析表明本文的方案不仅可以抵抗外部攻击,而且还可以抵抗强劲的内部攻击。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 注释表
• 第1章 引言
•   1.1 研究背景
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 量子密钥分配
•     1.2.2 量子隐私查询
•   1.3 论文主要研究内容
•   1.4 论文组织结构
• 第2章 量子信息论基础及信道噪声
•   2.1 量子力学基本概念
•     2.1.1 量子比特
•     2.1.2 量子测量
•     2.1.3 量子信息的距离度量
•     2.1.4 常用量子逻辑门
•   2.2 量子力学基本原理
•     2.2.1 非正交量子态不可区分原理
•     2.2.2 海森堡测不准原理
•     2.2.3 量子不可克隆原理
•   2.3 量子密钥分配协议
•     2.3.1 BB84协议
•     2.3.2 Ekert协议
•   2.4 量子隐私查询工作原理
•     2.4.1 基于酉操作的量子隐私查询工作原理
•     2.4.2 基于密钥分配的量子隐私查询工作原理
•   2.5 量子信道噪声概述
•     2.5.1 量子信道噪声的来源与分类
•     2.5.2 量子信道噪声的抵抗方法
•   2.6 本章小结
• 第3章 经典客户端的量子隐私查询协议
•   3.1 预备知识
•     3.1.1 隐私查询的应用
•     3.1.2 半量子技术
•     3.1.3 基于量子密钥分配的隐私查询协议
•   3.2 基于委托密钥分配的量子隐私查询协议
•     3.2.1 协议名词术语
•     3.2.2 基于委托密钥分配的量子隐私查询协议步骤
•   3.3 协议安全分析
•     3.3.1 Charlie的攻击
•     3.3.2 Alice的攻击
•     3.3.3 Bob的攻击
•   3.4 同类型协议的对比分析
•   3.5 本章小结
• 第4章 联合噪声环境下的量子隐私查询协议
•   4.1 预备知识
•     4.1.1 联合噪声模型
•     4.1.2 量子态的纠缠性
•     4.1.3 容错的量子隐私查询
•   4.2 基于Bell态的量子隐私查询协议设计
•     4.2.1 理想环境下基于Bell态的量子隐私查询协议
•     4.2.2 联合噪声环境下基于逻辑Bell态的量子隐私查询协议
•   4.3 协议安全分析
•     4.3.1 Charlie的攻击
•     4.3.2 Alice的攻击
•     4.3.3 Bob的攻击
•   4.4 同类型协议的对比分析
•   4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
•   5.1 主要工作与创新点
•   5.2 后续研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张弟芳

导师: 陈龙,肖敏

关键词: 量子隐私查询,对称隐私信息检索,量子密钥分配,联合噪声,安全委托计算

来源: 重庆邮电大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,电信技术

单位: 重庆邮电大学

分类号: O413;TN918.1

DOI: 10.27675/d.cnki.gcydx.2019.000650

总页数: 71

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