量子计算的安全性问题的研究
摘要：量子技术不仅有希望通过量子计算更快地对数据进行算法处理，而且有希望以量子密码术的形式进行更安全的通信。近年来，出现了许多协议，它们试图将这些概念结合起来，以确保计算而不是通信的安全。这些协议解决了安全地将量子计算委托给不受信任的设备的任务，同时保持了计算的隐私性，在某些情况下还保持了计算的完整性。我们对这一新兴领域迄今的进展进行了回顾。
关键词：量子计算；盲计算；同态加密
- 文献综述
我们正在使用的计算机（为便于区分，以下我们称之为经典计算机）的使用是严格遵守着编程逻辑运算的。但是量子计算通过微小的量子物体，例如光子、电子等，打破了经典计算的逻辑，以一种新的方式运算数据，这使得量子计算的运行速度在某些特定的情况下远快于经典计算。举个例子，整数的质因数分解是一个复杂的运算。假设被分解整数为N，则一个较好的经典算法需要O(N1/3)复杂度的运算，当这个整数在二进制下的位数足够多时，这个分解的过程就变得不可能，数据的加密就无法被破解。但如果运用量子计算逻辑的话，整个分解过程会被缩减到(log2N)3复杂度的计算次数。这也意味着目前最安全的加密方式通过量子计算逻辑几分钟就可以破解，而经典计算所需的时间可能是永远。通过量子计算，迅速破解信用卡、国家机密等都不在话下。这就使得量子计算的安全性问题成为量子计算发展的一大关键问题。
如今，由于全球高速通信网络和经典处理器的普遍程度，相比早期传统计算机，我们在远程访问量子计算机方面更具优势。此外，量子密钥分配协议的发现为在现有光纤网络上发展量子通信提供了动力，这个因素只会增加早期采用委托远程量子计算的范围。虽然将计算委托给远程系统的选项可能具有强大的实用和经济动机，但它会引发大量的安全问题。特别是，如果计算是在不受信任的硬件上执行的，那么可能会损害计算的隐私或完整性。加密可用于隐藏客户端和服务器之间的通信，以防止被黑客窃取，而身份验证代码可用于检测任何修改这些消息的尝试。然而，这样的技术并不能抵消受到攻击或恶意服务器的威胁。理想情况下，为了克服这些问题，我们需要一种方法，将任务委托给远程服务器，同时确保隐私(甚至来自执行任务的服务器)，并确保结果的正确性[1]。
本文对前人的相关方面的研究成果进行回顾与归纳。概括起来，量子计算主要有以下两种方式：
- 盲量子计算
盲量子计算( Blind Quantum Computation)是指客户端在没有足够的量子能力或量子计算能力的情况下，将量子计算任务提交给远端的量子服务商执行，但不会泄露自己的输入、输出和算法的一种量子计算模型[6]。盲量子计算事实上是量子密码概念与量子数据处理的一种结合体。众所周知，经典密码学往往是建立在某个数学难题基础上，只能达到可计算安全。理论研究表明，盲计算的用户这种数据安全可以达到无条件安全[19]。由于将来的量子计算资源很有可能像今天的超级计算机一样，只有少数公司、科研院所以及政府才拥有，因此，盲量子计算协议很可能会成为第一代量子计算模型[21]。
近年来，出现了一些试图来解决委托远程量子计算带来的隐私安全性问题的协议。盲量子计算的研究发展为用户方提供了一种方法，即可以使用一个或多个远程量子服务器执行量子计算，同时隐藏计算的结构。虽然BQC协议的目标只是确保计算的私密性，但是许多协议也允许通过在计算中嵌入隐藏的测试来验证正在执行的计算[2,22]。
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