[论文解读] Secure and authenticated quantum secret sharing

Muhammad Nadeem, Noor ul Ain|arXiv (Cornell University)|Jun 29, 2015

Quantum Information and Cryptography参考文献 33被引用 4

一句话总结

本文提出了一种新颖的量子秘密共享方案，利用量子纠缠交换和量子隐形传态，实现对经典和量子秘密的安全且经过认证的分发。该方案通过利用双重量子非定域关联，确保对内部和外部窃听者的无条件安全，实现了无需预共享密钥或安全信道的(2,2)经典秘密共享方案，以及在具备私有信道条件下的(5,5)量子秘密共享方案。

ABSTRACT

We propose here a quantum secret sharing scheme that works for both quantum and classical secrets. The proposed scheme is based on both entanglement swapping and teleportation together. It allows sender to encrypt his/her secret and simultaneously distribute decryption information of the encrypted secret among distant parties where decryption shares are nonlocally correlated with each other. Two-fold quantum non-local correlations, generated through entanglement swapping and then teleporting quantum states over swapped maximally entangled pairs, guarantee both authentication and secrecy of the secret from internal as well as external eavesdroppers. For classical secrets, we demonstrate a direct (2,2) quantum secret sharing scheme where neither pre-shared key nor physically secure quantum/classical channel are required. The same scheme turns out to be a (5,5) quantum secret sharing scheme for quantum secrets if sender and receivers have private quantum/classical channels among them.

研究动机与目标

• 开发一种统一的量子秘密共享协议，同时保护经典和量子秘密。
• 消除经典秘密共享中对预共享密钥或物理安全信道的需求。
• 确保对内部和外部窃听者的强认证与保密性。
• 利用量子非定域性，通过纠缠交换和隐形传态实现增强安全性。
• 在现实的量子通信约束条件下，证明该方案的实际可行性。

提出的方法

• 该方案利用纠缠交换在远距离参与者之间生成非定域关联。
• 采用量子隐形传态将加密的秘密态通过交换后的纠缠对进行传输。
• 发送方向接收方加密秘密并分发非定域关联的解密份额。
• 通过纠缠交换后接续隐形传态，生成双重量子非定域关联，确保安全性和认证性。
• 对于经典秘密，该方案作为(2,2)门限方案运行，无需预共享密钥或安全信道。
• 对于量子秘密，当发送方与接收方之间存在私有量子/经典信道时，该方案作为(5,5)门限方案运行。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否设计一种单一的量子秘密共享协议，安全地处理经典和量子秘密？
• RQ2 是否可能在不依赖预共享密钥或物理安全信道的情况下实现认证与保密？
• RQ3 如何结合纠缠交换与量子隐形传态，生成增强安全性的非定域关联？
• RQ4 在不同信道假设下，该方法可实现哪些门限方案（例如(2,2)、(5,5)）？
• RQ5 该方案能否通过量子非定域性确保对内部和外部窃听者的安全性？

主要发现

• 该方案实现了无需预共享密钥或物理安全信道的(2,2)量子秘密共享协议，用于经典秘密。
• 当发送方与接收方之间存在私有量子/经典信道时，该方案实现了(5,5)门限方案用于量子秘密。
• 通过纠缠交换与隐形传态的结合，生成了双重量子非定域关联，确保了认证与保密性。
• 由于关联的非定域特性，该协议对内部和外部窃听者均提供无条件安全性。
• 该方案在标准量子操作和最小资源假设下，展示了对经典与量子秘密共享的实际可行性。
• 安全性基于量子非定域性，使其对任何会扰动纠缠态的窃听尝试均具有鲁棒性。