[论文解读] Addendum to "Quantum secret sharing between multiparty and multiparty without entanglement"

Fu‐Guo Deng, Fengli Yan+4 more|ArXiv.org|Aug 23, 2005

Quantum Information and Cryptography被引用 4

一句话总结

本文识别出在使用多光子信号时，Yan-Gao 量子秘密共享协议存在安全漏洞，导致中间人攻击者可非法获取信息。作者提出一种简单修改——在组1的每位成员处引入光子数分离（PNS）和单光子测量，以检测窃听行为并恢复协议安全性，使协议在保持原有功能的同时，对这类攻击具备鲁棒性。

ABSTRACT

Recently, Yan and Gao proposed a quantum secret sharing protocol between multiparty ($m$ members in group 1) and multiparty ($n$ members in group 2) using a sequence of single photons (Phys. Rev. A extbf{72}, 012304 (2005)). We find that it is secure if the quantum signal transmitted is only a single photon but insecure with a multi-photon signal as some agents can get the information about the others' message if they attack the communication with a Trojan horse. However, security against this attack can be attained with a simple modification.

研究动机与目标

• 识别在使用多光子信号时 Yan-Gao 量子秘密共享协议存在的安全缺陷。
• 解决内部攻击者利用多光子信号通过中间人攻击方式窃取其他成员消息信息的问题。
• 提出一种最小但有效的协议修改，恢复安全性，同时不改变其核心结构。
• 确保在使用非理想单光子源的现实量子通信条件下，协议仍保持安全。

提出的方法

• 组1中的每位成员（除发送方 Alice 1 外）在随机选择的量子比特子集中，使用 50/50 光子数分离器（PNS）和两个单光子探测器执行窃听检测。
• 接收量子信号后，每位成员在随机选择的基（Z 基或 X 基）上测量分离出的样本，类似于 BB84 协议。
• 通过与前序成员公布的原始状态对比，分析测量结果的误码率，使用预设阈值验证信道完整性。
• 若误码率超过阈值，则中止通信；否则，继续执行下一步。
• 协议保持 Yan-Gao 原始结构，包括单位操作（I、U、H）以及组2成员基于异或运算的基选择机制。
• 在组2成员测量后，组1成员通过公开共享的结果执行最终的窃听检测，以验证信道安全性。

实验结果

研究问题

• RQ1 当使用多光子信号而非单光子时，Yan-Gao 量子秘密共享协议是否可能受到中间人攻击的影响？
• RQ2 何种具体攻击机制使内部攻击者能够在 Yan-Gao 协议中提取其他成员消息的信息？
• RQ3 在传输多光子信号时，如何在不改变协议基本设计的前提下，保持 Yan-Gao 协议的安全性？
• RQ4 在该协议中，为检测多光子信号下的窃听行为，需要进行何种最小程度的修改？

主要发现

• 当使用多光子信号时，Yan-Gao 协议存在安全隐患，内部攻击者可实施中间人攻击，窃取其他成员消息的信息。
• 当仅传输单光子时，协议是安全的，因为四态编码可防止窃听而不引入可检测的错误。
• 在组1每位成员处引入基于 PNS 的窃听检测机制，能有效识别多光子攻击，从而恢复协议安全性。
• 修改后的协议在保持与原始 Yan-Gao 协议向后兼容的同时，显著增强了对实际攻击的防御能力。
• 通过随机选择样本进行误码率分析，可确保任何窃听行为均可被检测，基于阈值的中止机制有效维护了协议完整性。
• 安全增强仅需最小改动——即在组1每位成员处增加 PNS 和单光子测量——具有实际可行性与高效性。