本期“量子信息”專欄評述

本期『量子信息』專欄主持人 鄧光偉

評“區塊鏈環境下用戶身份匿名的量子委托計算協議”

鄧光偉

量子信息處理與區塊鏈均為當前熱門的應用研究領域，二者可以在技術上短板互補，在應用上協同發展。區塊鏈的去中心化、匿名性與不可篡改性，結合量子信息學相對經典密碼學的優越性，可以設計出更安全、高效的場景應用協議。

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

該文所提協議具有較高的可行性與安全性，且依靠區塊鏈技術獲得了較高的效率。除此之外，還創新性地提供了一個面向大數據環境的開放性協議框架，其不依賴于特定算法，能夠靈活地替換子協議，且可遷移至其他需要身份和數據匿名的應用場景，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”

鄧光偉

量子計算在理論上對現有的密碼系統構成了嚴峻的威脅。對于非對稱密碼系統，Shor 算法可以快速破解基于大整數分解和離散對數困難問題的密碼系統。因此，美國國家標準與技術研究院(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境下的安全性是很有必要的。

隨著量子計算的發展，隨之而來的一個問題是，多大規模的量子計算機將對對稱密碼系統構成實質性威脅，這就需要分析這些密碼算法在實現時所用的量子資源。該文以我國自主研發的分組密碼算法SM4 中唯一的非線性組件S 盒為研究對象，結合復合域和量子邏輯綜合相關理論，進一步優化了實現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，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。