基于多体纠缠态的量子投票协议设计与分析

论文摘要

随着互联网技术的发展,投票由最初的纸质投票变为现如今的电子投票,电子投票具备高效率、低成本、易操作等优势已经成为了当今社会的主流投票方式,例如公司做出重大决策、国家领导人选举等。电子投票作为现代密码学的一个重要分支,其大多数方案的安全性都是建立在计算复杂度的基础上,例如大整数分解问题、离散对数问题等。随着计算机的发展,特别是量子计算机的提出,这些电子投票方案的安全性将会受到极大的威胁。因此,电子投票不应该再以计算复杂度为安全基础,而是应该为其建立更安全的密码体制。量子投票是将量子密码学的知识运用到电子投票当中,其安全性由量子力学的基本原理所保障,可以克服电子投票中的安全性缺陷。现有的量子投票协议根据投票方式不同分为移动式投票模型和分配式投票模型,本文主要针对这两个模型的优缺点进行分析和研究,结合量子密码学的知识和经典密码学的知识,在这两个模型的基础上做了改进,分别提出了两种不同的投票协议,并对这两个投票协议做了安全性和效率分析,本文的主要研究成果如下:(1)提出了一种基于受控量子安全直接通信的投票协议。该协议采用量子分配式投票模型为基础,为每个投票者分配不同的量子资源,利用受控量子安全直接通信的量子通信方式来构造整个投票系统,不需要使用量子密钥分配(QKD)的方法来分发密钥。由于在整个投票过程中,投票者的投票操作和计票员的计票操作都由指定的可信第三方监督员所监督,因此,加大了投票系统的安全性。同时为了扩大投票的功能,该方案结合了量子纠缠交换的思想实现投票信息的传递,可以传输两个经典比特的信息,投票者和监督员通过Bell态测量就可以实现投票信息的传递,投票效率显著提高。(2)提出了一种基于中国剩余定理的移动式投票协议。该协议解决了现有的移动式投票协议中不能抵抗不诚实投票者多次投票攻击,也实现了投票后的可验证性。该协议以量子移动式投票模型为基础,利用量子求和的思想,将投票信息存储在量子纠缠态中的相位中,提高了投票信息的保密性。同时,结合经典密码学中的中国剩余定理的知识,在投票者的投票过程中,将由中国剩余定理得到的投票参数添加到投票信息中,成功地抵抗不诚实投票者的多次投票攻击,并也根据此定理将得来的计票参数顺序打乱后,再发给计票员计票,不仅保留了投票者的匿名性,还实现了投票的可验证性。为了在投票者之间安全地传输量子选票,在量子选票中添加检测粒子,用于量子信道的检测,加大了投票系统的安全性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景和意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 本文的主要工作和内容安排
• 第二章 预备知识
•   2.1 电子投票
•     2.1.1 电子投票的安全性需求
•     2.1.2 FOO协议描述
•     2.1.3 FOO协议安全性分析
•   2.2 量子移动式投票
•     2.2.1 移动式投票基本模型
•     2.2.2 VSA方案描述
•     2.2.3 VSA方案安全性分析
•   2.3 量子分配式投票
•     2.3.1 分配式投票基本模型
•     2.3.2 TZL方案描述
•     2.3.3 TZL方案安全性分析
•   2.4 本章小结
• 第三章 基于受控量子安全直接通信的投票协议
•   3.1 引言
•   3.2 理论基础
•     3.2.1 量子比特
•     3.2.2 量子比特门
•     3.2.3 量子纠缠和纠缠交换
•     3.2.4 受控量子安全直接通信
•   3.3 协议描述
•   3.4 安全性分析
•   3.5 协议比较
•   3.6 本章小结
• 第四章 基于中国剩余定理的量子投票协议
•   4.1 引言
•   4.2 相关知识
•     4.2.1 量子受控非门
•     4.2.2 量子Fourier变换
•     4.2.3 中国剩余定理
•   4.3 协议描述
•     4.3.1 初始化阶段
•     4.3.2 投票阶段
•     4.3.3 计票阶段
•   4.4 安全性分析
•   4.5 协议比较
•   4.6 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 本文总结
•   5.2 研究展望
• 参考文献
• 图表目录
• List of Figures and Tables
• 致谢
• 在读期间发表的学术论文
• 在读期间参加的科研项目

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 秦加奇

导师: 张顺,石润华

关键词: 量子密码,量子投票,量子纠缠,受控量子安全直接通信,中国剩余定理

来源: 安徽大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,电信技术

单位: 安徽大学

分类号: O413;TN918

总页数: 76

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