1.一种基于平方和定理的量子秘密共享方法,其特征在于,包括:
S1:根据分发者在有限域GF(r)中的秘密序列采用平方和定理构造一个份额矩阵M,用于分发给l个参与者作为他们的份额向量,并根据M计算混淆向量A=(A1,A2,…,An)以及标识向量E=(E1,E2,…,En),分发者将混淆向量A在参与者之间公布;
S2:分发者从参与者集合中选取一位半可信的参与者Bobl作为验证者;
S3:分发者制备n个正交乘积态粒子对,并将粒子对分成两个信息粒子序列{P0,Q0},并将序列P0以诱骗粒子保护的方式通过量子信道发送给参与者Bob1;
S4:Bob1检测信道传输中是否有窃听行为,如有,则返回S3;如没有窃听行为,则Bob1对序列P0中的每个粒子执行d维泡利酉变换和拉格朗日酉变换编码份额向量,得到序列P1,将序列P1以诱骗粒子保护的方式通过量子信道发送给参与者Bob2;
S5:参与者Bob2执行类似于S4中Bob1的窃听检测、酉变换和使用诱骗粒子保护得到序列P2,并发送给Bob3;
S6:其他参与者Bob3,…,Bobl重复执行S5中步骤并传输序列,直到最后一个参与者Bobl执行d维泡利酉变换和拉格朗日酉变换完成后得到序列Pl;
S7:分发者将粒子序列Q0和标识向量E安全的发送给Bobl,Bobl根据标识向量E对粒子序列Q0中相应粒子执行Oracle变换,Bobl根据混淆向量A对粒子序列Pl中粒子执行拉格朗日酉变换,得到序列{P’,Q’};
S8:根据{P0,Q0}粒子对的初态,Bobl对序列{P’,Q’}中粒子对执行d维G转换操作,得到序列{P”,Q”};
S9:Bobl使用正交乘积基测量{P”,Q”}中粒子对,根据量子态与经典信息的编码规则得到测量结果;
S10:Bobl联合分发者对测量结果进行验证,如果验证的错误率未超过阈值,则在参与者之间共享秘密值;反之,则放弃本轮秘密共享。
2.根据权利要求1所述的一种基于平方和定理的量子秘密共享方法,其特征在于,所述份额矩阵M,包括:其中,M表示份额矩阵,矩阵M的每一列都是根据平方和定理 计算得
到,T表示分发者在有限域GF(r)中的秘密序列,T={T1,...,Tn},l表示参与者的人数,n表示r进制秘密序列的元素数量。
3.根据权利要求1所述的一种基于平方和定理的量子秘密共享方法,其特征在于,根据份额矩阵M计算混淆向量A=(A1,A2,…,An)以及标识向量E=(E1,E2,…,En),包括:计算混淆向量A=(A1,A2,…,An):
计算标识向量E=(E1,E2,…,En):
2
Ej=Tj(mod2),j=1,…,n
2
其中, 表示份额矩阵M的每一列元素之和,l表示参与者的人数,Tj表示分发者在有限域GF(r)中的秘密序列中第j个元素的平方, r表示进制。
4.根据权利要求1所述的一种基于平方和定理的量子秘密共享方法,其特征在于,所述S3,具体包括:S31:分发者从量子态集合 中随机选取n个量子态,每个量子态都是一个粒子对,分发者记录这些量子态的状态,将这些粒子对的第一个粒子组成信息粒子序列P0={|p1>0,|p2>0,…,|pn>0},第二个粒子组成序列Q0={|q1>0,|q2>0,…,|qn>0};
所述量子态集合 为正交乘积态集合{Ψ,Φ}中的三种量子态;
S32:分发者从正交乘积态集合{Ψ,Φ}中任意选取v个粒子对作为诱骗粒子插入到序列P0得到新的序列 当分发者记录序列 中诱骗粒子的位置和初始态之后,分发者将该序列通过量子信道发送给参与者Bob1。
5.根据权利要求4所述的一种基于平方和定理的量子秘密共享方法,其特征在于,所述正交乘积态集合{Ψ,Φ},包括:其中,d表示量子空间维度,Ψ表示Psi类量子态的集合,包含2(d‑2)个不同量子态,每一个 都代表两个量子态,t是集合Ψ中的下标,例如 代表两种量子±
态 和 Φ 表示Phi类量子态的集合,包含2(d‑2)个不同量子
态,例如 表示两种量子态 和 |>
表示狄拉克符号,|j>表示量子态j,
6.根据权利要求1所述的一种基于平方和定理的量子秘密共享方法,其特征在于,所述S4,具体包括:S41:Bob1收到粒子序列 后,分发者告知Bob1在序列 中诱骗粒子对的位置和测量结果,Bob1根据收到的位置信息,使用正交乘积基{Ψ,Φ}测量每对诱骗粒子,将测量结果与分发者告知的初始状态进行比较,计算其状态不相等的概率,如果不相等的概率高于阈值(根据量子环境中噪声影响和酉操作的误差设置为2%‑8%),将会放弃本轮操作,重新执行S3;否则,执行步骤S42;
S42:Bob1去除诱骗粒子得到序列P0,Bob1对序列P0中第j∈{1,2,…,n}个粒子|pj>0执行d维泡利酉变换 和拉格朗日酉变换M(θ1,j)得到 Bob1对所有粒子执行完成后得到序列P1={|p1>1,|p2>1,…,|pn>1};其中,m1,j表示Bob1的份额向量 的第j个元素,θ1,j表示拉格朗日酉变换的角度值, d维泡利酉变换为:t∈{0,1,…,d‑1};拉格朗日酉变换为: k
表示0到d‑1的整数,ω表示复数, e表示欧拉常数,U表示d维泡利酉变换,M表示拉格朗日酉变换,θ表示M酉变换的角度参数,t表示U酉变换的参数。
7.根据权利要求1所述的一种基于平方和定理的量子秘密共享方法,其特征在于,所述S7,具体包括:S71:分发者将序列Q0={|q1>0,|q2>0,…,|qn>0}和标识向量E=(E1,…,En)以诱骗粒子保护的方式通过量子信道发送给参与者Bobl;
S72:Bobl收到分发者发送的标识向量E=(E1,…,En)后,根据标识信息Ej(j=1,2,…,n)对Q0中粒子|qj>0执行Oracle变换 如果Ej=1,则执行的 变换为d维泡利酉变换U(1);如果Ej=0,则执行的 变换为单位矩阵变换,Bobl根据混淆向量A中的元素Aj(j=1,
2,…,n)对序列Pl中的粒子执行拉格朗日酉变换,得到序列{P’,Q’}。
8.根据权利要求1所述的一种基于平方和定理的量子秘密共享方法,其特征在于,对序列{P’,Q’}中粒子对执行G转换操作包括:分发者公布序列{P0,Q0}的量子态,若序列{P0,Q0}中第j(j=1,…,n)粒子对的初态为时,Bobl对{P’,Q’}第j粒子对 执行 变换;若{P0,Q0}中第j粒子对的初态属于 时,Bobl对{P’,Q’}第j粒子对不执行任何操作,当所有粒子对变换完成,得到新的粒子对序列{P”,Q”},其中 是两个量子变换的张量积;其中,F变换是一个d维酉变换:是F变换的逆过程: e表
示欧拉常数,k表示0到d‑1的整数。
9.根据权利要求1所述的一种基于平方和定理的量子秘密共享方法,其特征在于,所述量子态与经典信息的编码规则,包括:其中,d表示量子空间维度, 表示Psi类集合中的量子态。
10.根据权利要求1所述的一种基于平方和定理的量子秘密共享方法,其特征在于,Bobl联合分发者对测量结果进行验证,如果验证成功,则在参与者之间共享秘密值;反之,则放弃本轮秘密共享,包括:S101:对于测量结果Rj∈{1,2,…,n},如果它不是有限域GF(r)中任意一个整数的平方,那么Bobl认为被测量的粒子对是不合法的,并将该粒子对的编号j记录到集合Ft之中;否则对于合法的结果Rj,Bobl计算Rj平方根{rj,1,rj,2,rj,3,rj,4};
S102:Bobl从四个平方根之中随机选取一个元素rj,v(v∈{1,2,3,4}),并使用安全单向哈希函数H计算出函数值Hj,v=H(IDl||rj,v×ml,j),其中IDl是Bobl的公开身份信息,最后,Bobl通过经典安全信道将哈希值Hj,v发送给分发者;
S103:分发者根据Bobl的份额向量中的元素ml,j和IDl,j={1,2,…,n},以及秘密值Tj的平方 的四个平方根 且Tj在 中的序号为Ij∈{1,2,3,4},分别计算出四个哈希值{H'j,u=H(IDl||tj,u×ml.j)|u=1,2,3,4},并将它们与Hj,v分别进行比对,如果有一个H'j,u(u∈{1,2,3,4})与Hj,v相等验证成功,则将Tj在 中的序号Ij作为标识信息通过经典安全信道发送给Bobl,此时Bobl确定Rj的平方根 为秘密值Tj;反之,则告知Bobl将编号j记录到错误集合Ft;
S103:直到所有测量结果被验证后,根据集合Ft的元素数量n'计算错误率γ=n'/n,如果错误率γ未超过阈值(根据量子环境中噪声影响和酉算子的误差设置为2%‑8%),则Bobl将秘密值 在参与者之间共享;反之,则认为该秘密共享过程中存在不诚实的参与者,放弃本次协议的执行。