基于器件無關(guān)量子隨機數(shù)信標(biāo)的零知識證明實現(xiàn)

  ICC訊 科技日報記者日前從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉院士、張強教授等與國內(nèi)研究者合作，首次實現(xiàn)了一套以器件無關(guān)量子隨機數(shù)產(chǎn)生器作為熵源，以后量子密碼作為身份認證的隨機數(shù)信標(biāo)公共服務(wù)，將其應(yīng)用到零知識證明（ZKP）領(lǐng)域中，消除了非交互式零知識證明（NIZKP）中實現(xiàn)真隨機數(shù)的困難所帶來的安全隱患，提高了NIZKP的安全性。相關(guān)成果日前發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《美國國家科學(xué)院院刊》。

  零知識證明是一種基本的密碼學(xué)工具，允許互不信任的通信雙方之間，一方向另一方證明某個命題的有效性，同時不泄露任何額外信息。NIZKP是ZKP的一種最重要的變體，其特點是通信雙方無需多次信息交換。由于其簡單易行并且互相通信次數(shù)少，NIZKP廣泛應(yīng)用于數(shù)字簽名、區(qū)塊鏈和身份認證等領(lǐng)域。常用的NIZKP系統(tǒng)的安全性建立在生成可信的真隨機數(shù)的假設(shè)之上，然而，由于真隨機數(shù)生成器難以實現(xiàn)，實際應(yīng)用中常會使用確定性的偽隨機數(shù)算法來替代，這種方法會產(chǎn)生潛在的安全隱患。

  量子物理學(xué)中，基于無漏洞貝爾不等式檢驗的器件無關(guān)量子隨機數(shù)（DIQRNG）可以提供具有最高安全等級的真隨機數(shù)，其安全性由量子力學(xué)基本原理保證，無需用戶對量子設(shè)備進行任何先驗表征或假設(shè)。

  在前期工作基礎(chǔ)上，研究團隊搭建了一個基于DIQRNG的信標(biāo)公共服務(wù)系統(tǒng)，并利用該系統(tǒng)設(shè)計并實施了一種不依賴于真隨機數(shù)假設(shè)的NIZKP方案。該隨機數(shù)信標(biāo)服務(wù)可以實時向公眾廣播生成的隨機數(shù)。此外，為確保隨機數(shù)在廣播過程中的安全性，研究團隊采用了可以抵御量子攻擊的量子安全簽名算法。隨后，研究團隊利用接收到的來自DIQRNG的隨機數(shù)代替之前的偽隨機數(shù)，構(gòu)建并實驗驗證了更安全的NIZKP協(xié)議。

  該研究成果首次將量子非局域性、量子安全算法和零知識證明三個不同的領(lǐng)域結(jié)合起來，大幅提升了零知識證明的安全性，其中構(gòu)建的面向公眾的隨機數(shù)服務(wù)在密碼學(xué)、彩票業(yè)和社會公益等領(lǐng)域有著重要的潛在應(yīng)用。