[论文解读] Bit commitment protocol based on random oblivious transfer via quantum channel

Li Yang|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2013

Quantum Information and Cryptography参考文献 2被引用 4

一句话总结

本文提出了一种基于量子信道的统计安全位承诺协议，该协议基于非正交态传输的新型随机无条件传输（R-OT）协议。通过从R-OT构建一个一对二无条件传输协议，再由此推导出位承诺协议，该方案在隐藏和绑定两个方面均实现了统计安全性，利用了量子信道的特性以实现无条件安全。

ABSTRACT

Constructing oblivious transfer and bit commitment protocols based on chan-nel’s quantum nature to achieve statistical security has always been a basic aspect of quantum cryptography. Here we put forward a scheme to reach this goal. The idea is constructing first a random oblivious transfer (R-OT, an ex-tension of Rabin’s OT) protocol based on non-orthogonal states transmission over a quantum channel, then, as that usually do in modern cryptography, we construct a one-out-of-two oblivious transfer protocol on top of the R-OT protocol. Finally, we present a bit commitment protocol based on the one-out-of-two OT protocol, and show that it is statistically secure both in concealing and binding.

研究动机与目标

• 通过量子信道实现位承诺的统计安全性。
• 设计一种基于非正交量子态的随机无条件传输（R-OT）协议，以增强安全性。
• 将R-OT扩展为一对二无条件传输协议，作为基础原原子。
• 从一对二无条件传输协议构建位承诺协议，并证明其在隐藏与绑定两方面均具有统计安全性。

提出的方法

• 协议从基于非正交量子态通过量子信道传输的随机无条件传输（R-OT）方案开始。
• 通过将消息编码为非正交量子态来构建R-OT，以防止窃听并确保安全性。
• 然后利用标准密码学组合技术，在R-OT协议之上构建一对二无条件传输协议。
• 从一对二无条件传输协议推导出位承诺协议，依赖于底层无条件传输的安全特性。
• 安全分析表明，由于信道的量子特性以及非正交态编码，该协议实现了统计隐藏与统计绑定。
• 该方案利用了量子信道的特性，实现了无条件安全，且不依赖于计算假设。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否仅利用量子信道特性构建具有统计安全性的位承诺协议？
• RQ2 基于非正交态的随机无条件传输如何增强量子密码学中的安全性？
• RQ3 能否在保持统计安全性的前提下，从R-OT构建一对二无条件传输协议？
• RQ4 在量子位承诺方案中，确保统计隐藏与统计绑定的必要条件是什么？
• RQ5 该协议的安全性是否可以仅基于量子力学原理以及非正交态的不可区分性来证明？

主要发现

• 所提出的位承诺协议在隐藏与绑定两方面均实现了统计安全性，意味着任何攻击者都无法在不被检测的情况下获取承诺的位或篡改它。
• 基于非正交态传输的R-OT协议能有效抵御任何窃听尝试，提供强安全性。
• 成功从R-OT构建了一对二无条件传输协议，为高层级协议提供了安全基础。
• 最终的位承诺协议仅依赖于量子信道特性，无需计算假设。
• 该方案的安全性通过量子力学原理（特别是不可克隆定理和非正交态的不可区分性）得到证明。
• 该协议表明，通过结构化地利用量子信道特性和无条件传输原原子，可在隐藏与绑定两方面实现统计安全性。