本期『量子信息』專欄主持人 鄧光偉

評“區(qū)塊鏈環(huán)境下用戶身份匿名的量子委托計算協(xié)議”

鄧光偉

量子信息處理與區(qū)塊鏈均為當前熱門的應用研究領域，二者可以在技術(shù)上短板互補，在應用上協(xié)同發(fā)展。區(qū)塊鏈的去中心化、匿名性與不可篡改性，結(jié)合量子信息學相對經(jīng)典密碼學的優(yōu)越性，可以設計出更安全、高效的場景應用協(xié)議。

以此為背景，該文重點關注了量子委托計算網(wǎng)絡中的用戶身份安全，設計出一個兼顧數(shù)據(jù)與身份盲性，且不需要可信第三方的匿名委托計算協(xié)議。該協(xié)議使用量子同態(tài)加密完成委托計算，用戶在委托計算中使用環(huán)簽名網(wǎng)絡進行身份混淆，使用量子隱形傳態(tài)技術(shù)對委托請求與計算結(jié)果進行傳輸與接收，能夠匿名、定向、安全地傳輸量子態(tài)數(shù)據(jù)。在協(xié)議中，使用區(qū)塊鏈技術(shù)對委托計算過程進行審批，保護交易過程的公平。在改進后的協(xié)議中，依靠區(qū)塊鏈共識機制驗證委托計算的正確性。

該文所提協(xié)議具有較高的可行性與安全性，且依靠區(qū)塊鏈技術(shù)獲得了較高的效率。除此之外，還創(chuàng)新性地提供了一個面向大數(shù)據(jù)環(huán)境的開放性協(xié)議框架，其不依賴于特定算法，能夠靈活地替換子協(xié)議，且可遷移至其他需要身份和數(shù)據(jù)匿名的應用場景，具有良好的應用前景。

評“基于復合域SM4 密碼算法S 盒的量子電路實現(xiàn)”

鄧光偉

量子計算在理論上對現(xiàn)有的密碼系統(tǒng)構(gòu)成了嚴峻的威脅。對于非對稱密碼系統(tǒng)，Shor 算法可以快速破解基于大整數(shù)分解和離散對數(shù)困難問題的密碼系統(tǒng)。因此，美國國家標準與技術(shù)研究院(NIST)從2016 年開始遴選新的密碼標準，以抵抗量子計算機的攻擊。在對稱密碼領域，暫時還沒有相關的機構(gòu)計劃制定新的密碼標準用以抵抗量子計算機的攻擊，但量子計算對于對稱密碼的威脅依然存在，如Grover 算法能使其等價安全密鑰長度減半。因此，進一步研究對稱密碼在量子環(huán)境下的安全性是很有必要的。

隨著量子計算的發(fā)展，隨之而來的一個問題是，多大規(guī)模的量子計算機將對對稱密碼系統(tǒng)構(gòu)成實質(zhì)性威脅，這就需要分析這些密碼算法在實現(xiàn)時所用的量子資源。該文以我國自主研發(fā)的分組密碼算法SM4 中唯一的非線性組件S 盒為研究對象，結(jié)合復合域和量子邏輯綜合相關理論，進一步優(yōu)化了實現(xiàn)S 盒的量子資源。該文將為更準確地評估SM4 算法所用量子資源提供依據(jù)，也為進一步評估其他對稱密碼算法所用量子資源提供參考。