[发明专利]基于d级单粒子态的多方半量子隐私比较方法

说明书

本发明提出了一种基于d级单粒子态的多方半量子隐私比较方法，只执行一遍就能比较出两个以上经典用户的隐秘输入的大小关系。本发明的方法需要一个量子第三方和一个经典第三方的协助，两个第三方都被允许按照她们各自意愿错误行事，但不被允许与其他人合谋。本发明的方法既不需要量子纠缠交换，也不需要酉操作。两个第三方只被要求进行d级单粒子测量。正确性分析表明，本发明的方法能够得到正确的比较结果。安全性分析表明，本发明的方法既能抵抗外部攻击也能抵抗参与者攻击。

技术领域

本发明涉及量子密码学领域。本发明设计一种基于d级单粒子态的多方半量子隐私比较方法，只执行一遍就能比较出两个以上经典用户的隐秘输入的大小关系。

背景技术

众所周知，量子力学是迄今为止最伟大的科学发现之一。在1984年，一种新颖的密码学，即结合了量子力学与经典密码学的量子密码学，被正式提出来[1]。1982年，Yao[2]提出著名的百万富翁问题，旨在在不泄露两个百万富翁的财富的前提下判断出谁更富有。百万富翁问题本质上是一个经典隐私比较问题，它的安全性是基于解决对应数学问题的计算复杂性。后来，在2009年，Yang和Wen[3]在经典隐私比较中引入量子力学从而提出了“量子隐私比较(Quantum private comparison，QPC)”这一新概念。此后，一系列QPC方法[4-20]相继被提出。根据功能，QPC可被分为两种不同类型，即比较大小关系的QPC[4-10]和比较相等关系的QPC[3,11-20]。比较大小关系的QPC能够实现不同用户的隐秘输入的大小关系(即大于、等于和小于)比较，但是比较相等关系的QPC只能判断出不同用户的隐秘输入是否相等。在某种程度上，比较大小关系的QPC在实际中会比比较相等关系的QPC具有更广泛的应用。

实际上，并不是所有用户都有能力去获得各种类型的量子设备。为了克服这个问题， Boyer等人[21]提出“半量子”这一创新概念。在半量子方案中，部分用户可以免于制备和测量量子叠加态和量子纠缠态。后来，Ye等人[22,23]采用具有两个自由度的单光子设计两个新颖的半量子密钥分配(Semiquantum key distribution，SQKD)方法。2016年，第一个半量子隐私比较(Semiquantum private comparison，SQPC)方法[24]通过将半量子概念引入到QPC而被提出。与QPC相同，SQPC也可被分为两种不同的类型：比较相等关系的SQPC[24-30]和比较大小关系的SQPC[31-35]。关于比较大小关系的SQPC，文献[32,33]、文献[31,34] 和文献[35]是分别基于d级单粒子态、d级Bell态和d级GHZ态。显然，文献[31-35]中的每个SQPC方法只适用于两个经典用户。目前还没出现只执行一遍就能比较出多于两个经典用户的隐秘输入的大小关系的SQPC方法。

基于上述分析，本发明采用d级单粒子态提出首个只执行一遍就能判断出多于两个经典用户的隐秘输入的大小关系的多方半量子隐私比较(Multi-party semiquantumprivate comparison，MSQPC)方法。一个量子第三方(Third party，TP)与一个经典TP协助完成比较任务，她们被允许行为不端但不能与其他人合谋。本发明的方法既不需要量子纠缠交换也不需要酉操作。本发明的方法只需要两个TP进行d级单粒子测量。

参考文献

[1]Bennett,C.H.,Brassard,G.:Quantum cryptography:public keydistribution and coin tossing. In:Proceedings of the IEEE InternationalConference on Computers,Systems and Signal Processing,Bangalore,pp.175-179(1984)