[發明專利]一種帶認證的多用戶量子隱私查詢方法

有效

• 申請號: 202110280014.3
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN113114456B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 肖敏;雷術梅;楊豪
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04L9/32
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 盧勝斌

1.一種帶認證的多用戶量子隱私查詢方法，主要包括參與者之間的安全檢測、數據庫和用戶們之間的身份認證以及用于隱私檢索的不經意密鑰協商，其特征在于，包括以下步驟：

S1：系統初始化，參與者之間協商錯誤率e、安全參數k、篩選密鑰K_A1A2C，數據庫提供者產生初始查詢密鑰K_B，數據庫提供者和用戶們向可信第三方注冊身份ID；

S101：數據庫提供者、多個用戶和可信第三方協商錯誤率e；

S102：數據庫提供者和多個用戶確定安全參數k和編碼規則；

S103：數據庫提供者隨機產生kN比特的0，1串作為初始查詢密鑰；

S104：多個用戶和可信第三方協商一組kN比特的四元篩選密鑰；

S105：數據庫提供者和多個用戶分別向可信第三方注冊N比特長的身份ID；

S2：數據庫提供者制備初始多粒子GHZ糾纏態，并把相應粒子分發給每個用戶和可信第三方；

步驟S2具體包括：數據庫提供者制備(2k+1)N個多粒子初始GHZ態，并把相應粒子分發給每個用戶和可信第三方，數據庫提供者保留第一個粒子，將后續的粒子逐一分發給多個用戶和可信第三方；數據庫提供者、多個用戶和可信第三方安全地共享(2k+1)N個多粒子初始GHZ態，如果有粒子丟失則數據庫提供者重新傳輸，其中，k表示預先協商的安全參數，N表示數據庫的條目數；

S3：可信第三方根據所擁有的身份ID，將數據庫提供者制備的(2k+1)N個多粒子GHZ態劃分為CHEACK、AUTH、QUERY三種qubits；可信第三方所擁有的身份ID包括：數據庫提供者向可信第三方注冊的身份ID和所有用戶向可信第三方注冊的身份ID；

步驟S3具體包括：可信第三方從位置集M＝{1,2,3,...,(2k+1)N}中選擇子集V＝{v₁,v₂,...,v_N}，然后根據位置子集V中所擁有的身份ID進行“異或操作，得到異或結果S_ID；最終根據S_ID的計算結果將初始GHZ態劃分為CHEACK、AUTH、QUERY三種qubits，得到狀態劃分信息；可信第三方將狀態劃分信息向數據提供者和所有用戶公布出來；

所述位置集：Bob制備的每個四粒子GHZ態分別對應位置集M中的一個位置，(2k+1)N個位置構成位置集M＝{1,2,3,...,(2k+1)N}；其Bob、Alice1和Alice2的每bit的身份ID與每個位置v_i,i＝1,2,...,N一一對應；

根據S_ID的計算結果將初始GHZ態劃分為CHEACK、AUTH、QUERY三種qubits，得到狀態劃分信息具體包括：若S_ID＝0，則相應的位置集記作且對應位置集的qubits用于安全檢測，將該位置集的qubits劃分到CHECKqubits；如果S_ID≠0，則將位置集記作且對應位置集的qubits用于身份認證，將該位置集的qubits劃分到AUTHqubits，其中P,Q∈V；對于剩余的M-V位置的qubits用于不經意密鑰協商，將該位置集的qubits劃分到QUERYqubits；

S4：所有參與者利用CHEACKqubits進行安全檢測，驗證是否安全地共享多粒子GHZ態，如果所有參與者均安全檢測驗證成功則執行步驟S5，否則返回步驟S1；

步驟S4具體包括：所有參與者利用CHEACKqubits進行安全檢測，對于每個CHECK粒子，所有參與者分別隨機選擇測量基X＝{|x⁺,|x^-}或Y＝{|y⁺,|y^-}對CHECK粒子進行測量并公布相應的測量結果；所有參與者分別比較其他參與者公布的測量結果，對測量基Y的數量為偶數的檢測粒子，根據GHZ態的糾纏驗證機制統計正確的GHZ態的數量r，并計算錯誤率其中N表示數據庫的條目數，如果錯誤率高于參與者之間協商錯誤率e，則安全檢測驗證不成功，返回執行步驟S1；如果錯誤率低于參與者之間協商錯誤率e，則安全檢測驗證成功，執行步驟S5，其中

S5：數據庫提供者和多個用戶對他們所擁有的偶數位置的AUTH qubits進行身份信息編碼，可信第三方根據糾纏交換技術對所有參與者的身份進行認證，驗證其他參與者的身份的合法性；如果所有參與者的身份認證成功，則執行步驟S6，否則返回步驟S1；

可信第三方根據糾纏交換技術對所有參與者的身份進行認證驗證參與者的身份的合法性，所有參與者包括數據庫提供者和多個用戶，數據庫提供者和多個用戶實現身份認證的主要子過程包括：

S501：數據庫提供者和多個用戶對AUTH qubits的相關粒子進行身份信息編碼；

S502：通過糾纏交換技術，數據庫提供者和多個用戶分別對自己所擁有的粒子進行Bell測量；

S503：數據庫提供者和多個用戶公布測量結果；

S504：可信第三方依據糾纏交換技術驗證所有測量結果的相關性，以此來驗證其他參與者身份的合法性，若所有其他參與者的身份驗證均為合法，則認證成功，否則認證不成功；

S6：數據庫提供者和多個用戶利用QUERYqubits在可信第三方的協助下進行不經意密鑰協商，得到不經意密鑰：數據庫提供者將查詢密鑰K_B編碼到他所擁有的偶數位置的QUERYqubits，多個用戶在可信第三方的協助下通過預先共享的篩選密鑰K_A1A2C推斷出不經意密鑰；

不經意密鑰協商具體包括以下過程：

S601：數據庫提供者將所產生的初始查詢密鑰K_B通過協商的酉操作編碼到相應的粒子上；

S602：量子系統進行糾纏交換，數據庫提供者對所擁有的粒子進行Bell測量并公布其測量結果；多個用戶和可信第三方使用Bell測量僅對篩選密鑰K_A1A2C為1所對應位置的粒子進行測量，可信第三方公布測量結果；

S603：多個用戶之間存在一個秘密查詢位置，該秘密查詢位置僅限于用戶進行秘密查詢數據，多個用戶之間根據秘密查詢位置告知自己的查詢結果；

S604：多個用戶根據所擁有的信息推斷出一定概率的不經意查詢密鑰；

S7：數據庫提供者和多個用戶進行密鑰后處理，并完成隱私查詢；

步驟S7具體包括：數據庫提供者和多個用戶通過“按位加”的方式將協商的不經意密鑰進行處理，使得不經意密鑰的長度與數據庫所包括的數據條目相同，得到最終密鑰；數據庫提供者知道所有的最終密鑰，而每個用戶僅知道最終密鑰的部分比特；假設每個用戶僅知道最終密鑰的第j比特，且每個用戶想要從數據庫查詢最終密鑰的第i比特數據x_i，查詢方式包括：多個用戶發送s＝j-i給數據庫提供者，數據庫提供者根據收到的數據s將擁有的最終密鑰進行移位s，然后對數據庫進行加密并發送給每個用戶；各個用戶使用自己已知的最終密鑰的第j比特進行解密從而獲得想要購買的數據。