Symmetric quantum fully homomorphic encryption with perfect security
假设一些数据已经被加密，你能在不解密的情况下使用这些数据进行计算吗？这个问题已被研究作为同态加密和盲计算。我们考虑这个问题的背景下，量子信息处理，并提出了量子同态加密（QHE）和量子全同态加密（QFHE）的定义。然后，基于量子一次一密（QOTP），构造了一个对称的QFHE方案，其计算算法依赖于密钥。该方案允许对已加密的任何$n$量子比特状态进行任何幺正变换。与经典的同态加密相比，QFHE方案具有很好的安全性。最后，我们还构造了一个基于QOTP的对称QHE方案，该方案的计算算法与密钥无关。
2014-08-24 quant-ph
Optimal Encryption of Quantum Bits
我们刻画了一套完整的协议，可以用来安全地加密n量子位使用秘密和随机的经典位。除了应用这样的量子加密协议的量子数据安全，我们的框架允许许多经典的加密协议的量子数据的概括。我们表明，没有秘密的经典数据的加密状态没有信息，2n随机经典位是信息安全的量子加密所需的最小值。此外，量子操作被证明有一个令人惊讶的结构在一个典型的内积空间。这种量子加密协议是经典的一次一密概念的推广。将量子加密与量子隐形传态联系起来，给出了一种新的量子隐形传态最优性的证明。
2000-03-21 quant-ph
A quantum encryption design featuring confusion, diffusion, and mode of operation
量子密码学--量子计算技术在密码学中的应用已经得到了广泛的研究。量子密码学的两个主要方向是量子密钥分发（QKD）和量子加密，前者侧重于安全的密钥分发，后者侧重于使用量子算法的加密。与QKD的成功相比，量子加密算法的发展仅限于大多数一次性密码本（OTP）的设计，不适合大多数通信需求。在这项工作中，我们提出了一个非OTP的量子加密方案，利用一个量子态的创建过程来加密消息。作为一种非OTP量子分组密码算法，该算法具有以下特点：1.复杂密钥-密文关系（即混淆）和复杂明文-密文关系（即扩散）; 2.多块实用加密的操作模式设计。这些功能提供了密钥的可重用性，并防止窃听和标准密码分析攻击。
2021-02-11 quant-ph
Quantum encryption design overcomes Shannon's theorem to achieve perfect secrecy with reusable keys
该研究设计首个量子加密方法，突破香农定理，实现可重用密钥的完美保密性，展示量子优势并具备无需认证和静默篡改检测的实际优势。
2025-01-22 quant-ph
Quantum McEliece public-key encryption scheme
本文研究了McEliece公钥加密（PKE）方案的一个量子版本，并分析了其安全性。众所周知，经典McEliece PKE的安全性并不比相关的经典单向函数的单向性强。我们证明了量子McEliece PKE的安全性介于两者之间。此外，我们提出了双重加密技术来提高其安全性，并证明了改进方案的安全性介于原方案和量子一次一密方案之间。
2015-01-19 cs.CR quant-ph
On the Power of Quantum Encryption Keys
量子态随机化的标准定义是经典一次一密的量子模拟，它包括对以经典密钥$k$为条件的量子消息应用某种变换。我们调查的加密方案中，这种转换是有条件的量子加密密钥状态$ρ_k$，而不是一个经典的字符串，并扩展此加密密钥方案的非对称密钥模型中，相同的加密密钥$ρ_k$的副本可以由几个不同的人，但保持信息理论的安全。我们发现的消息大小和加密密钥的副本，可以安全地创建在这两个模型中的解密密钥的熵的数量上的界限，并表明，使用经典的加密密钥的方案可以渐近达到最佳的界限。这意味着使用量子态作为加密密钥不允许创建和共享更多的量子态，也不允许加密更大的消息，而不是这些密钥是纯经典的。
2008-08-21 quant-ph
Method for decoupling error correction from privacy amplification
纠缠纯化为证明量子密钥分发方案的安全性提供了一个统一的框架。然而，到目前为止，CSS代码构造中的局部可扩展性约束意味着BB84的纠错和隐私放大过程没有完全解耦。在这里，我提供了一种方法来完全解耦这两个过程。该方法要求Alice和Bob共享一些初始秘密字符串，并使用它来使用一次性密码本加密来加密位翻转错误综合征。作为一个应用程序，我证明了无条件的安全性的交互式级联协议，提出了由Bullard和Salvail的纠错，修改的一次性密码本加密的错误综合征，然后由随机矩阵协议的隐私放大。这在计算能力和密钥生成速率方面都是有效的协议。
2002-01-08 quant-ph
Entropically secure encryption with faster key expansion
本文提出一种用于熵安全加密的更快密钥扩展新方法，在经典和量子设定下均实现与现有方法相同的安全性，并在密钥长度占消息长度较大比例时显著提升速度，于量子态近似随机化时获得2倍因子提升。
2022-10-23 quant-ph
FIPS Compliant Quantum Secure Communication using Quantum Permutation Pad
针对量子计算威胁，本文提出嵌套模式使TLS 1.3支持量子安全数据，符合FIPS标准，并用量子置换垫加密数据，性能损失小于10%。
2023-12-28 cs.CR quant-ph
On Statistically-Secure Quantum Homomorphic Encryption
同态加密是一种加密方案，它允许在不知道原始消息的情况下对加密输入进行计算。最近，Ouyang等人构造了一个具有统计安全性（或信息理论安全性）的Clifford电路的量子同态加密方案。希望了解是否存在信息理论安全（ITS）量子FHE。如果不是，还有什么非平凡的量子线路类可以用IT安全性进行同态评估？我们为第一个问题提供了一个限制，即ITS量子FHE必然会引起指数开销。对于第二种方案，我们提出了一种适用于瞬时量子多项式时间（IQP）电路的QHE方案。我们的QHE计划IQP电路如下从一次垫。
2018-09-16 cs.CR quant-ph
An absolutely secure QKD scheme with no detection noise, entanglement and classical communication
介绍了一种新的量子通信方案，它是经典Kish-Sethuraman（KS）密码的量子实现。首先，接收方使用额外的加密将消息弹回，然后删除原始加密，并由发送方重新发送消息。这个操作的机械类比是使用两个挂锁;一个由接收器和一个由接收器。我们表明，旋转的偏振是一个运营商，满足所需的条件提供单光子通信的KS加密运营商。这种新方法不仅简单，而且有几个优点。Evasdropper提取零信息，即使她对状态执行量子测量。通信可以通过两个公开同意的正交状态来完成。因此，不存在固有的检测噪声。通信不需要经典信道和纠缠态。
2005-09-15 quant-ph
Private Quantum Channels and the Cost of Randomizing Quantum Information
研究了两个参与者如何使用经典私钥进行量子量子信道的保密通信。特别地，我们证明了为了私密地传输n个量子比特，2n比特的共享私钥是必要且足够的。这个结果可以看作是经典的一次一密加密方案的量子模拟。从窃听者的角度来看，这个加密过程可以看作是对原始状态的随机化。因此，我们也得到了严格的界限的熵随机化n量子比特所需的量。
2000-03-27 quant-ph
Small Pseudo-Random Families of Matrices: Derandomizing Approximate Quantum Encryption
量子加密方案（也称为私有量子信道或状态随机化协议）是用于量子消息的一次性密码本。如果两方共享一个经典随机串，其中一方可以向另一方传输一个量子态，这样窃听者就只能得到很少或根本得不到关于传输的量子态的信息。完美的加密方案不会泄露任何关于消息的信息。近似加密方案泄漏非零（尽管很小）的信息量，但需要更短的共享随机密钥。具有短密钥的近似方案已被证明在量子密码学和信息论中有许多应用。本文首次给出了短密钥量子近似加密方案的确定性多项式时间构造。以前的构造（quant-ph/0307104）是概率性的，也就是说，它们表明，如果随机选择用于加密的运算符，那么所产生的协议很有可能是一个安全的加密方案。此外，由此产生的协议描述是指数长。我们的协议使用与概率构造相同长度（或更好长度）的密钥;为了近似加密$n$量子位，需要共享密钥的$n+o(n)$位。本文的另一个贡献是经典组合去随机化与连续空间中伪随机矩阵族的构造之间的联系。
2004-04-13 cs.CR quant-ph
Secure and Efficient Quantum Signature Scheme Based on the Controlled Unitary Operations Encryption
本文针对仲裁量子签名中QOTP易受攻击的问题，提出基于链式受控酉操作的高效AQS协议，有效防止否认与伪造攻击，为量子签名协议发展提供新思路。
2025-07-14 cs.CR quant-ph
Weak approximate unitary designs and applications to quantum encryption
酉$t$ -设计是量子信息理论和其他理论的基础。在实践中的一个重要问题是，有效地构建良好的近似的酉$t$设计。基于Aubrun（Comm. Math. Phys. 2009）的结果，我们证明了从精确的$t$设计中采样$d^t\mathrm{poly}(t,\log d, 1/ε)$酉单位提供了正概率的$ε$ -近似$t$ -设计，如果误差是在相应的$t$ -旋转通道的一对一范数距离中测量的。作为一个应用，我们给出了一个量子加密方案的部分去随机化结构，该方案具有与量子一次性密码本大致相同的密钥大小和安全性，但具有不可延展的附加属性，可以对抗没有量子边信息的对手。
2020-08-25 cs.CR math.FA math.PR
Untappable key distribution system: a one-time-pad booster
一次性密码本（OTP）加密根本无法破解，即使是量子计算机也无法破解。由于需要以安全的方式共享对称随机密钥，这种方法作为一种独立的方法几乎被淘汰，用于快速和大容量的电信。基本上，这种密钥的安全共享和更新一旦耗尽，就必须通过信使完成，这是一个缓慢而昂贵的过程。本文提出了一种解决方案，提供了一个快速和无限的更新安全密钥：一个不可复制的密钥分发系统，并详细介绍。这种快速密钥分配系统利用两层保密保护：1）光信道固有的物理噪声，将编码信号变成隐形信号; 2）保密放大，使用一次又一次运行的刷新熵的比特池，以消除任何残留信息。由此产生的安全级别是严格计算的，并表明窃听者可以获得的信息水平是完全可以忽略不计的。随机比特序列，快速和安全地分布，可用于加密文本，数据或语音。
2015-07-08 cs.CR quant-ph
Experimental quantum secure network with digital signatures and encryption
提出高效量子数字签名协议，利用秘密共享、通用哈希和一次性密码本，仅需384位密钥即可实现高安全签名，效率提升超1亿倍，并构建了首个集成多种安全功能的量子安全网络。
2022-06-09 quant-ph
Semi-quantum dialogue based on single photons
本文提出了两个以单光子为量子载体的半量子对话协议，其中一个协议要求经典方具有测量能力，另一个协议则不要求经典方具有测量能力。第一个SQD协议对来自外部Eve的主动攻击的安全性是由现有的半量子密钥分发（SQKD）协议、经典的一次一密加密、经典的当事人随机化操作和诱骗光子技术的完全鲁棒性保证的。通过经典方对携带信息的单光子进行经典基测量，使经典方与量子方共享单光子的初态，克服了第一个SQD协议的信息泄漏问题。第二种SQD协议的安全性由经典方的随机化操作、现有SQKD协议的完全鲁棒性和经典的一次一密加密保证。第二个SQD协议的信息泄漏问题是通过量子方对每两个携带信息的相邻单光子进行经典基测量来克服的，这使得她与经典方共享它们的初始状态。与传统的量子点协议相比，该协议的优点在于只要求一方具有量子能力。与现有的SQD协议相比，所提出的SQD协议的优点在于它们只使用单光子而不是双光子纠缠态作为量子载流子。所提出的SQD协议可以用现有的量子技术来实现。
2022-05-11 quant-ph
Quantum Homomorphic Encryption: Towards Practical QOTP-Encrypted Computation on Gate-Based Hardware
TECNALIA, Basque Research and Technology Alliance (BRTA)（巴斯克研究与技术联盟（BRTA））；University of the Basque Country (UPV/EHU)（巴斯克大学）
本文提出一种通用量子同态加密框架，通过量子一次垫方案实现信息论安全的量子操作，支持广泛量子操作并通过系统化的同态门分解和密钥更新规则，验证了在近似量子硬件上的正确性和安全性。
2026-09-15 quant-ph
Methods and Tools for Secure Quantum Clouds with a specific Case Study on Homomorphic Encryption
Technical University of Berlin（柏林工业大学）；RheinMain University of Applied Sciences（莱茵美因应用科学大学）；Fraunhofer Institute for Open Communication Systems (FOKUS)（弗劳恩霍夫开放通信系统研究所）
本文研究了如何通过同态加密增强量子云安全，探讨了HE与Qrisp框架的整合，并提出了安全量子云的建议。
2025-12-22 cs.CR quant-ph
Pseudo Quantum Random Number Generator with Quantum Permutation Pad
密码随机数生成对于任何量子安全加密都是至关重要的。基于某些量子过程的自然不确定性，人们利用物理量子过程产生了各种量子随机数发生器。它们通常生成具有良好的不可预测随机性的随机数。当然，物理QRNG是昂贵的，需要与计算系统进行物理集成。本文利用量子置换空间的高熵和双射变换，提出了一种基于量子置换填充（QPP）的伪量子随机数发生器。与布尔代数不同，对于n比特系统，信息空间的大小是2n，n比特量子置换空间由2n！量子置换矩阵，表示n位计算基上的所有量子置换门。该置换空间具有等价的香农信息熵log_2（2^n！）。QPP可以用于创建能够与任何经典计算系统集成或直接与任何应用集成的伪QRNG或pQRNG，以用于高质量的确定性随机数生成。使用带有64个8位置换矩阵的QPP pad，pQRNG为伪随机数生成保存了107，776位的熵，而Linux /dev/random中的熵为4096位。它可以被用作确定性PRNG或其他PRNG的熵增强器。它也可以用作任何硬件随机数发生器（包括QRNG）的白化算法，而不会丢弃物理偏置位。
2023-03-02 cs.CR quant-ph
Improving the security of arbitrated quantum signature protocols
仲裁量子签名（Arbitrated Quantum Signatures，AQS）是用来对量子信息进行签名的一种方法。AQS方案可以保证无条件安全。然而，在本文中，我们表明，所有提出的AQS协议是不安全的，如果使用量子一次性密码本加密，签名者爱丽丝总是可以成功地获得鲍勃的秘密密钥和否认她的任何签名。详细的攻击策略和安全性分析。此外，对原有协议进行了修改，提高了AQS协议的安全性。同时，我们提出了一种方法来反对高等人（arXiv：1106.4398v1）提出的Alice的否认。
2011-10-13 quant-ph
Secure Composition of Quantum Key Distribution and Symmetric Key Encryption
University of Calgary（卡尔加里大学）
本文提出量子增强型密钥封装机制和混合加密方案，通过安全组合定理确保在量子计算环境下对任意长度消息的加密安全
2025-01-14 cs.CR cs.IT math.IT
Locking of accessible information and implications for the security of quantum cryptography
量子密钥分发协议的无条件安全性通常是根据可访问信息来定义的，即分发的密钥S与对手（量子）系统的最佳测量结果之间的最大互信息。我们表明，即使这个数量很小，某些部分的关键S可能仍然是完全不安全的，当S用于应用程序中，如一次性密码本加密。此缺陷是由于可访问信息的锁定属性造成的：一个额外的（物理）信息位可能会使可访问信息增加一个位以上。
2006-01-11 quant-ph
Field test of a practical secure communication network with decoy-state quantum cryptography
我们提出了一个安全的网络通信系统，与诱骗态量子密码在现实世界中的应用场景。在三个节点之间实时执行完整的密钥交换和应用协议，其中两个相邻节点通过约20 km的商用电信光纤连接。生成的量子密钥立即被用于通信应用，包括三个通信节点中的任何两个之间的不可破解的实时语音电话，或者通过使用一次性密码本加密从一个节点到另外两个节点的广播。
2009-04-26 quant-ph
Multiparty Quantum Remote Secret Conference
提出了两种多方量子远程秘密会议方案，其中每个合法的参与者可以安全地读出另一个参与者宣布的秘密消息，而恶意的窃听者则无法得到任何消息.第一种方案是基于所有具有Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态的参与者高效、安全地共享同一个密钥;并且每个参与者使用一次一密密码体制将其秘密消息发送给其他参与者。另一种是基于量子密钥的量子加密，量子密钥是所有与会者共享的GHZ状态序列，并在确认其安全性后重复使用。这两种方案都是最优的，因为它们的量子比特的固有效率接近最大值。
2006-12-03 quant-ph
Blind Quantum Computation Using a Circuit-Based Quantum Computer
当通用量子计算机被公众使用时，由于其成本，假设它将以量子云服务器的形式存在于少数基地。在这个云服务器中，隐私将是一个至关重要的问题，一个盲量子计算协议将是必要的，这样每个用户都可以使用服务器，而不会泄露计算的细节。能够验证服务器是否按照用户的指示执行计算也很重要，因为量子计算无法通过经典计算进行验证。本文提出了一种利用量子一次性密码本和类T门实现盲性，同时利用陷阱量子比特验证计算的协议。
2020-09-10 quant-ph
Randomly Choose an Angle from an Immense Number of Angles to Rotate Qubits, Compute and Reverse
研究了经典数据的信息论安全量子同态加密方案。先前关于信息理论上安全的QHE方案（如Childs'05，Liang'13等）的工作通常基于Ambainis等人的量子一次性密码（QOTP）方法。在那里，一个比特的加密是一个量子比特，从一组四个可能的量子比特中随机选择。本文采用了不同的方法，并提出了RBE（随机基加密）方案-一种QHE方案，其中一个比特的加密是一个量子比特，从一组大量的量子比特中随机选择。其次，本文研究了弱测量（WM），并提出了一种基于弱测量的对传统的基于QOTP的量子密钥分发（QKD）协议的攻击。然后，我们使用RBE方案来构建一个QKD协议，并认为该协议是弹性的，这种基于WM的攻击。最后，本文提出了以下问题。纠缠态是量子信息和量子计算研究中不可缺少的资源。因此，一旦产生，它的所有者如何确保量子比特纠缠系统的安全？我们检查可能的基于QOTP的解决方案，建议基于RBE的解决方案，并讨论后者的一些好处。
2023-02-12 cs.CR quant-ph
Fast and secure key distribution using mesoscopic coherent states of light
这项工作展示了A和B双方如何以光速安全地共享随机比特序列。A和B拥有真随机物理源，并通过使用接收到的随机序列来加密下一个要发送的随机序列来交换随机比特。使用起始共享密钥，并且该方法可以被描述为无限的一次性密码本扩展器。它表明，在信号确定的窃听者的错误的最小概率可以任意设置接近纯猜测水平。基于$M$ -ry加密协议，该方法还允许光放大而不降低安全性，提供了优于用于密钥分发的BB84协议的实际优点。
2004-04-28 quant-ph
Security Significance of the Trace Distance Criterion in Quantum Key Distribution
分析了迹距离安全准则$d$的安全意义，即在密钥生成过程中以及在已知明文攻击下，密钥用于一次性密码本数据加密时，攻击者成功识别所生成密钥的不同子集的操作概率。指出了Eve序列误码率与比特误码率的区别。通过反例说明了文献中所主张的强安全性是不正确的。除了可以在比$d$本身差得多的水平d^{1/3}和d^{1/4}处量化的整个密钥错误率之外，如果可能的话，攻击者在估计密钥的各个子集和在已知明文攻击中的成功概率还有待于从$d$量化。它是在现实的具体协议的数值例子表明，严重违反安全还不能排除。
2011-11-09 quant-ph
Quantum key distribution with delayed privacy amplification and its application to security proof of a two-way deterministic protocol
隐私放大（PA）是量子密钥分发（QKD）中一个重要的后处理步骤，用于去除窃听者可能拥有的关于最终密钥的任何信息。在本文中，我们考虑延迟PA的最终密钥使用后，在一次一密加密，并证明其安全性。我们证明了延迟PA的安全性和密钥生成速率不受影响。延迟PA有两个应用：它作为一种工具，大大简化了安全性证明的QKD与双向量子信道，也是有用的QKD网络与可信中继。为了说明延迟PA思想的强大功能，我们使用它来证明基于量子位的双向确定性QKD协议的安全性，该协议使用四个状态和四个编码操作。
2012-03-09 quant-ph
Digest of Quantum Stream Cipher based on Holevo-Yuen Theory
到目前为止，量子密钥分发（QKD）一直是量子密码学领域的主要研究课题，但这并不是量子密码通信，它只是为了密码目的而发送密钥的能力。为了完成密码通信，需要一种用于加密数据的技术，并且到目前为止，在讨论中采用了数学对称密钥密码或一次性密码（OTP）的传统密码技术。然而，OTP不是数据加密的最终密码，因为它不满足现代密码学中的安全条件。在2000年左右，一种新的量子流密码被提出来作为一种技术，以挑战在实际应用中克服OTP缺点的可能性。最近，我们在Entropy（开放获取期刊）和其他期刊上发表了一些关于它的评论文章。本文介绍了我们的论文“基于Holevo-Yuen理论的量子流密码”的背景和概述。
2022-06-04 quant-ph
Long-term secure distributed storage using quantum key distribution network with third-party verification
采用Vernam的一次性密码本加密和秘密共享的量子密钥分发网络是实现信息理论安全的分布式存储系统的有力安全工具。在我们以前的工作中，一个单一的密码认证的秘密共享方案的基础上的QKD网络和Shamir的秘密共享实验证明，它证实了ITS的数据传输，存储，认证和完整性。为了实现数据完整性，采用ITS消息认证码标签，并且秘密共享的数据所有者执行MAC标签生成和验证。然而，对于数据所有者和终端用户是不同实体的场景，上述方法可能不起作用，因为数据所有者可能欺骗终端用户。在本文中，我们解决了这个问题，提出了一个ITS完整性保护方案采用第三方验证的时间戳。
2021-12-23 quant-ph
Networked Control Systems Secured by Quantum Key Distribution
Tsinghua University（清华大学）；Beijing National Research Center for Information Science and Technology（北京信息科学与技术国家研究中心）
本文提出利用量子密钥分发技术提升网络控制系统隐私和安全，通过简单算法减少时延，结合卡尔曼滤波协议提高安全性与性能。
2018-05-23 cs.SY eess.SY quant-ph
Quantum-locked key distribution at nearly the classical capacity rate
量子数据锁定是一种协议，允许使用较小的密钥来（取消）锁定呈指数级增长的大量信息，从而产生对量子环境中经典一次一密加密的最强违反。这种违反反映了量子密码学的两个安全标准之间存在的巨大差距，这两个标准由两个熵量量化：Holevo信息和可访问信息。我们表明，后者成为一个明智的安全标准，如果窃听者的量子存储器的相干时间的上限是已知的。在这种情况下，我们介绍了一个协议的秘密密钥生成通过一个无记忆量子信道。对于具有足够对称性的信道，例如d维擦除和去极化信道，该协议允许以与经典容量减去一位一样高的渐近速率生成密钥。
2014-10-20 quant-ph
Experimental quantum data locking
经典关联可以通过量子方法锁定--量子数据锁定。使用短密钥，可以锁定指数级大量的信息，以便使未经授权的用户在没有密钥的情况下无法访问。量子数据锁定为一次性密码本加密提供了一种资源高效的替代方案，一次性密码本加密需要一个不短于消息的密钥。我们报告的量子数据锁定方案最初提出的Dieclienzo等人的实验演示。92，067902（2004）]和由Fawzi，Hayde和Sen [J. ACM. 60，44（2013）]。我们观察到，在这两个实验中，解锁的信息量大于密钥大小，表现出强烈违反经典信息理论的增量比例性质。作为一个应用程序的例子，我们展示了一个成功的传输的照片在一个有损信道与量子数据（解锁）锁定和纠错。
2016-05-13 quant-ph
Quantum Private Broadcasting
在私有广播中，单个明文以加密的形式广播给多个接收者，使得每个接收者可以在本地解密。当消息是经典消息时，一个简单的解决方案是使用所有各方共享的单个密钥加密明文，并向每个接收者发送密文的副本。令人惊讶的是，类似的方法在消息是量子的情况下（即在量子私有广播（QPB）中）是不够的。在这项工作中，我们给出了三个解决方案，$t$ -接收方量子私有广播（$t$ -QPB），并比较他们的密钥长度。第一种方法是使用量子一次性密码本的独立加密，其需要与接收者的数量成线性关系的密钥$t$。我们证明了在$t$中，通过使用酉$t$ -设计，密钥长度可以减少到对数。我们的主要贡献是表明，这可以提高到一个关键的长度是对数的对称子空间的维度，使用一个新的概念，我们定义的对称酉$t$ -设计，这可能是独立的利益。
2021-07-23 quant-ph
QPP and HPPK: Unifying Non-Commutativity for Quantum-Secure Cryptography with Galois Permutation Group
本文提出统一框架，结合QPP与HPPK，利用伽罗瓦置换群的非交换性，实现量子安全的对称加密、密钥封装与数字签名，具有紧凑尺寸和高效性能。
2024-02-07 cs.CR quant-ph
Hybrid Quantum Cryptosystems: Integration of Entanglement-Assisted Decryption and Physical Phase Obfuscation
针对传统量子密码协议显式传输密钥/参数易受窃听的问题，提出两阶段混合框架，结合电磁屏蔽保护的随机相位调制与纠缠辅助解密，无需经典密钥传输，在噪声下保持高相干性，提升抗窃听能力并适用于大规模量子网络。
2025-07-07 physics.optics quant-ph
Improved Polar-code-based Efficient Post-processing Algorithm for Quantum Key Distribution
量子密钥分发与一次一密加密方案相结合，从理论上保证了通信的无条件安全性。然而，量子密钥分发后处理阶段的纠错和隐私放大导致了很高的时延，限制了最终密钥生成速率和量子密钥分发系统的实用性。针对这一问题，提出了一种基于极化码的量子密钥分发后处理算法。该算法通过分析Wyner窃听信道模型下主信道和窃听信道的信道容量，设计了一种极化码的码字结构，使得纠错和隐私放大可以在一个步骤中同步完成。该算法通过将纠错和隐私放大合并到一个步骤中，降低了系统的复杂度，降低了后处理延迟。此外，本文还给出了该算法的可靠、安全通信条件。仿真结果表明，该后处理算法能够很好地满足可靠、安全的通信条件。
2021-12-20 quant-ph
Secure sharing of random bits over the Internet
虽然一次性密码本加密文件可以通过互联网渠道发送，但需要更新共享密钥，这使得这种方法不实用。本文提出了一种在任意Internet信道上实现随机密钥快速共享的方案。从长度为K_0的共享密钥序列开始，用户最终得到安全的新序列K >> K_0。使用这些序列进行后验消息加密，合法用户具有绝对的安全控制，而不需要第三方。此外，安全级别不依赖于素数中的因数分解的未经证明的困难。在该方案中，一个快速的光随机源产生随机比特和噪声的密钥更新。传输的信号是记录的信号，携带要交换的随机二进制信号和攻击者无法消除的物理噪声。这些信号允许在不降低安全性的情况下通过互联网网络进行放大。所提出的系统也是安全的，对后验已知的明文攻击的密钥。信息理论分析和安全操作的界限定量确定。
2007-05-17 quant-ph
Enhancing the security of image transmission in Quantum era: A Chaos-Assisted QKD Approach using entanglement
本文提出将E91量子密钥分发协议与逻辑斯蒂混沌映射结合，并利用CHSH不等式检测窃听，构建了一种高熵、高敏感性的安全图像传输方案，以应对量子计算带来的安全威胁。
2023-11-30 cs.CR quant-ph
Quantum Wiretap Channel Coding Assisted by Noisy Correlation
研究用户共享量子态资源下的量子窃听信道私有经典容量，提出利用资源态构建秘密通信码的方法，并给出渐近满足多字母逆界的辅助私有容量下界。
2024-06-11 cs.IT math.IT quant-ph
Advantage Distillation for Quantum Key Distribution
Tsinghua University（清华大学）
本文提出了一种优势蒸馏框架，用于提升量子密钥分发的性能，通过经典线性码实现更高的密钥速率。
2024-12-27 quant-ph
Lightweight authentication for quantum key distribution
量子密钥分发（QKD）使得能够使用量子信道和可信公共信道在不同方之间进行无条件安全的通信。减少在认证过程中消耗的量子生成密钥的部分对于提高QKD系统的性能具有重要意义。在目前的工作中，我们开发了一个轻量级的认证协议的QKD的基础上的“乒乓”方案的真实性检查的QKD。该方案的一个重要特征是在每个QKD后处理轮期间仅生成和发送一个认证标签。对于标签生成的目的，我们设计了一个无条件安全的过程的基础上的概念，密钥回收。该过程基于几乎通用的$_2$多项式散列、XOR通用$_2$ Toeplitz散列和一次性密码本（OTP）加密的组合。我们演示了如何最小化OTP加密所需的回收密钥的长度和身份验证密钥的大小。因此，在实际情况下，用于认证目的的量子生成的秘密密钥的部分低于1%。最后，我们提供了一个完整的量子密钥增长过程中的安全性分析的框架下，普遍组合安全。
2020-09-23 cs.CR cs.IT math.IT
Ultra-Large-Capacity Passive Quantum Access Network Powered By Single Thermal Source
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Shanghai Research Center for Quantum Sciences（上海量子科学研究中心）
本文提出一种基于被动热态的量子接入网络（TS-QAN），利用单一热源生成多色量子随机性，支持304用户并达到13 Gbps的密钥率，解决了传统PON基量子接入网络在性能上的不足。
2026-05-19 quant-ph
Experimental Quantum Communication Overcomes the Rate-loss Limit without Global Phase Tracking
本文提出一种无需全局相位跟踪的异步符合配对测量设备无关QKD方案，在413公里和508公里光纤上分别实现590.61 bit/s和42.64 bit/s的安全密钥率，突破速率-损耗极限并超越孪生场QKD，推动城际量子安全网络实用化。
2023-08-06 quant-ph
Quantum Key Distribution with Imperfections: Recent Advances in Security Proofs
TU Wien, Atominstitut & Vienna Center for Quantum Science and Technology（维也纳工业大学，原子研究所与维也纳量子科学与技术中心）；Quantum Technology Laboratories GmbH（量子技术实验室有限公司）
本文综述了量子密钥分发安全证明的最新进展，重点介绍如何通过分析和数值方法纳入实际不完美性，从而在现实条件下重建量子通信协议的安全性。
2026-05-22 quant-ph
Floodlight Quantum Key Distribution: A Practical Route to Gbps Secret-Key Rates
在长距离传输中产生的信道损耗给量子密钥分发（QKD）系统带来了巨大的负担：它们必须击败被动窃听者，后者检测到量子信道中丢失的所有光，并且这样做不会干扰到达预定目的地的光。具有最高长距离密钥速率的当前QKD实现通过每比特传输不超过一个光子来满足这一挑战[Opt. Express 21，24550-24565（2013）]。因此，它不能实现大数据文件的一次性密码本加密所需的Gbps密钥速率，除非采用不切实际的大量复用。我们引入泛光QKD（FL-QKD），其在量子信道上泛洪，其中每个比特具有分布在更大数量的光学模式上的高数量的光子。FL-QKD通过每个模式传输少于一个光子并使用光子符合信道监控来提供针对最佳频域集体攻击的安全性，并且它完全不受被动窃听的影响。更重要的是，FL-QKD能够在50 km光纤链路上实现2Gbps的密钥速率，而无需任何复用，使用可用的设备，即，不需要开发新技术。FL-QKD凭借其前所未有的密钥效率实现了这一非凡的密钥速率，以每通道使用的比特数为单位，超过了最先进的系统两个数量级。
2016-07-07 quant-ph
Implementation of a 46-node quantum metropolitan area network
量子密钥分发（QKD）使两个远程用户之间的安全密钥交换成为可能。安全通信的最终目标是建立一个全球性的量子网络。现有的现场测试表明量子网络是可行的。为了实现实用的量子网络，我们需要克服几个挑战，包括实现大规模的通用拓扑结构，简单的网络维护，可扩展的配置以及对节点故障的鲁棒性。为此，我们提出了一个具有46个节点的量子城域网的现场操作，并表明所有这些挑战都可以通过尖端的量子技术来克服。特别是，我们实现了不同的拓扑结构，并通过使用具有可扩展配置的标准设备进行网络维护，连续运行网络31个月。我们通过先进的密钥控制中心实现QKD配对和密钥管理。在该实现中，最终密钥已用于安全通信，例如实时语音电话、文本消息和具有一次性密码本加密的文件传输，其可以支持11对用户同时进行音频呼叫。结合城际量子骨干网和地面卫星链路，我们的大都市实现为全球量子网络铺平了道路。
2021-09-10 quant-ph
Robust quantum data locking from phase modulation
量子数据锁定是一种独特的量子现象，它允许相对较短的密钥锁定（解锁）以量子态编码的任意长的消息，以这种方式，测量状态但不知道密钥的窃听者基本上没有关于加密消息的信息。量子数据锁定在密码学中的应用将使人们能够克服一次性密码本加密的局限性，这种加密要求密钥具有与消息相同的长度。然而，众所周知，量子数据锁定的强度也是其致命弱点，因为原则上，几位密钥或消息的泄漏可能会允许窃听者解锁不成比例的信息量。在本文中，我们表明，存在量子数据锁定方案，可以通过按比例增加共享密钥的长度来防止信息泄漏。这意味着一个恒定大小的密钥仍然可以加密任意长的消息，只要它的一小部分对窃听者保持秘密。此外，我们大大简化了协议的结构，证明相位调制足以产生强锁定方案，铺平了道路，光学实验实现。此外，我们表明，成功的数据锁定协议可以使用随机码字，这很可能是有帮助的发现随机码的数据锁定噪声量子信道。
2014-08-29 quant-ph
Increasing the secret key rates and point-to-multipoint extension for experimental coherent-one-way quantum key distribution protocol
Qdit Labs Pvt. Ltd.（Qdit实验室私人有限公司）
研究通过在接收方数据线组合两个探测器时间槽信息提高相干单向QKD协议密钥率，增加最小QBER，还实现点到多点COW QKD协议，三用户通过后处理共享密钥，方法通用可用于COW协议任何实现。
2026-07-21 physics.optics quant-ph
Efficient Arbitrated Quantum Digital Signature with Multi-Receiver Verification
针对多接收者量子签名密钥消耗高、实现复杂的问题，提出保留可转移性的仲裁量子数字签名方案，利用一次通用哈希和一次一密降低密钥与计算开销，密钥用量比现有可转移方案至少少两个数量级。
2024-06-12 cs.CR quant-ph
Obfuscated Quantum and Post-Quantum Cryptography
School of Electrical Engineering and Telecommunications, University of New South Wales（新南威尔士大学电气与电信学院）
本文提出了一种结合量子密钥分发和后量子密码学的新型安全通信系统，通过动态混淆和无GPS量子同步协议实现高安全性与实时性。
2025-10-08 cs.CR quant-ph
