[发明专利]一种基于Bell态的安全计算汉明距离的量子方法

说明书

本发明公开了一种基于Bell态的安全计算汉明距离的量子方法，其特征是存在一个代理和两个参与者，其中每个参与者拥有一个隐私的比特串，参与者双方调用量子密钥分配QKD协议共享一个密钥K，代理制备n个EPR粒子对，将每对纠缠粒子分开得到两个序列，记为序列H和序列T；代理秘密保存序列H而通过量子通道把序列T安全发送给两个参与者；两个参与者对序列T进行相应的单粒子酉操作后，返回给代理；最后通过所有粒子对的测量结果，代理统计出两个参与者之间的汉明距离。本发明能用较少的量子资源，简单、快速地计算出汉明距离，从而获得能够抗量子攻击的计算汉明距离的方案。

技术领域

本发明属于现代密码学应用领域，具体地说是一种基于Bell态的安全计算汉明距离的量子方法。

背景技术

保护隐私的汉明距离的计算方法在现代密码学中起到非常重要的作用，经典的保护隐私的汉明距离的计算方法通常是采用同态加密技术。

计算汉明距离(Hamming distance)的基本原理是把两个码字或比特串的对应位进行异或，然后统计异或结果中1的个数。统计异或结果中1的个数可以使用累加器，实现的方案有：超前进位加法器方案、级联型全加法方案和进位保留加法阵列方案。通过对三种方案的性能及所消耗的资源进行分析，得出进位保留加法阵列方案速度快，占用资源少。但是后来发现进位保留加法阵列方案也存在较大的缺陷，就是不能够保护通信双方的隐私。

一种高效隐蔽的汉明距离计算方法在2006年被刘妍等人提出，其目的是为了实现一种能够安全计算的人脸识别系统，这种高效隐蔽的汉明距离计算方法使用了同态加密技术。但密钥的生成以及加解密的过程都非常复杂，在实际的应用中不难发现这种方法的效率不高。

目前能够保护隐私的汉明距离的计算方法大多是采用同态加密算法，而这些同态加密算法多是基于经典的计算复杂性难题而设计的。但这些基于计算复杂性的困难问题对于量子计算机而言将变得不再困难。也就是说目前已有的安全计算汉明距离的方法均不能抵抗量子计算机的攻击。因此，在进入新的量子时代之后，这些基于经典的同态加密的计算汉明距离的方法将变得不再安全。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的计算汉明距离方案中存在的不足，提供一种资源节约、操作简单的基于Bell态的安全计算汉明距离的量子方法，以期能用较少的量子资源，简单、快速地计算出汉明距离，从而获得能够抗量子攻击的计算汉明距离的方案。

本发明为解决技术问题所采用如下的技术方案是：

本发明一种基于Bell态的安全计算汉明距离的量子方法的特点是：存在两个参与者Alice和Bob以及一个代理Charlie，假定所述代理Charlie不与任何参与者串谋；所述参与者Alice拥有一个长度为n的隐私的比特串X，所述比特串X定义为X＝{x(1),x(2),...,x(i),...,x(n)}，其中，x(i)表示比特串X中第i位的分量，i＝1,2,...,n；所述参与者Bob拥有一个长度为n的隐私的比特串Y，所述比特串Y定义为Y＝{y(1),y(2),...,y(i),...,y(n)}，其中，y(i)表示比特串Y中第i位的分量，i＝1,2,...,n；所述量子方法是按如下步骤进行：

步骤1、所述参与者Alice和所述参与者Bob调用量子密钥分配QKD协议共享一个n比特的密钥K，所述参与者Alice利用式(1)计算所述比特串X的密文向量中第i位分量x^*(i)，从而得到比特串X的密文向量X^*＝{x^*(1),x^*(2),...,x^*(i),...,x^*(n)}：

式(1)中，k(i)表示所述密钥K的第i位比特，i＝1,2,...,n；