一种匿名的量子密封拍卖方法与流程

1.本发明涉及量子密封拍卖及量子秘密共享协议和中国剩余定理，具体地说是一种适用于量子密封拍卖中保证匿名性、公平性、可验证性、保密性和不可否认性的一种方法。


背景技术：

2.随着社会经济的不断发展，拍卖作为一种特殊的商品交易方式，深刻地影响着人们的工作和生活。根据不同的过程形式，拍卖可以分为英式拍卖、荷兰拍卖和密封投标拍卖。英式拍卖又称价格递增式拍卖；荷兰拍卖遵循价格递减规律；密封投标拍卖是指投标人在一定时间内秘密提交标价信息，在招标程序结束后，按照一定的规则统一开标，只需一轮竞价就能产生结果。互联网经济的快速发展和电子商务的迅速崛起，同时也因其节省时间和成本、能够隐藏竞价价格、保护竞价人隐私等优点，密封投标拍卖成为近年来最受欢迎的电子商务应用形式。
3.量子密码学的诞生和发展对量子通信的发展具有重要意义。例如，第一个量子密钥分发协议bb84协议实现了无条件安全通信。与此同时，其他种类的量子加密协议，如量子秘密共享、量子安全直接传输、量子公钥加密等也得到了越来越多的关注。在此之后，认识到经典的电子拍卖以不能保证无条件安全的缺陷，许多研究人员将量子计算和量子通信相关技术代替经典加密技术，逐步尝试量子拍卖的方法。
4.在一般的量子密封投标拍卖的方法中，所有密封的投标同时提交给拍卖商，这样拍卖商就可以打开这些投标并选择最高的报价。因此，每个投标者的身份和报价(包括失败的投标者)将被透露给拍卖商。因此，这些协议需要一个可信的拍卖商。然而，在现实世界中很难找到一个完全可信的第三方。也就是说，由于对拍卖物品的准确评估被视为商业秘密，拍卖商可能是不诚实的，可能会向其他竞标者披露失败的出价。此外，现有的一些量子密封拍卖协议是不公平的，即恶意的竞标者可以与不诚实的拍卖商进行合谋攻击，以获得不公平的拍卖。


技术实现要素：

5.本发明为了解决上述现有技术存在的不足之处，提供一种匿名的量子密封拍卖方法，以期能有效实现密封投标拍卖过程中投标者身份匿名性和不可否认性，从而能增强信息传输过程中的安全性，同时保证拍卖的公平性以及可验证性。
6.本发明为解决技术问题所采用的技术方案是：
7.本发明一种匿名的量子密封拍卖方法的特点是应用于由一个经典拍卖商a1、一个量子拍卖商a2、n个投标者构成的经典和量子混合网络中，记任意第i个投标者为b
i
，i＝1,2,
…
,n；所述量子密封拍卖方法是按如下步骤进行：
8.步骤1.根据中国剩余定理，所述经典拍卖商a1生成并分发系统参数，所述量子拍卖商a2向所述n个投标者共享随机秘密；
9.步骤1.1、所述经典拍卖商a1生成n个两两互质的整数{m1,m2,...,m
i
,...,m
n
}，其
中，m
i
表示第i个整数；利用式(1)计算n个两两互质整数的乘积m、除所述第i个整数m
i
以外的n
‑
1个整数的乘积m
i
：
[0010][0011]
根据式(1)，设为所述乘积m
i
与第i个整数m
i
的模的数论倒数，且m
i
t
i
≡1(modm
i
)；
[0012]
步骤1.2、利用qkd或者面对面方式为所述经典拍卖商a1和所述第i个投标者b
i
分配共享密钥为所述经典拍卖商a1和所述量子拍卖商a2分配共享密钥
[0013]
所述经典拍卖商a1针对所述第i个投标者b
i
分发和其中，和表示所述密钥的一次一密加密法和消息认证码；再将所述n个两两互质的整数{m1,m2,...,m
i
,...,m
n
}随机打乱顺序并用所述密钥加密，得到密文后与所述消息认证码一起发送给所述量子拍卖商a2；
[0014]
步骤1.3、所述经典拍卖商a1生成强抗碰撞散列函数h(
·
)并与所述n个两两互质整数的乘积m一起公布在电子公告板上；
[0015]
步骤1.4、所述量子拍卖商a2在所述n个投标者中通过量子秘密共享协议分享一个随机秘密k＝(k1 k1 ... k
n
)modm，使得所述第i个投标者b
i
获得对应的子秘密k
i
；
[0016]
步骤2、所述第i个投标者b
i
生成自身的随机数r
i
，用于计算自身报价x
i
的承诺并将所述承诺c
i
通过经典信道发送给所述经典拍卖商a1；
[0017]
步骤3、所述量子拍卖商a2采用量子安全多方求和方法计算各个投标者的报价秘密值之和
[0018]
步骤4、根据所述第i个整数m
i
以及所述报价秘密值之和x，所述量子拍卖商a2利用中国剩余定理计算所有投标者的报价，并从所述n个投标者中选择候选获胜价x
k
；
[0019]
步骤5、所述候选获胜价x
k
所对应的候选获胜者b
k
接受所有方的验证；
[0020]
步骤5.1、所述量子拍卖商a2公布所述候选获胜价x
k
和对应的整数m
k
；
[0021]
步骤5.2、如果其他投标者b
j
验证到自身的报价x
j
比所述候选获胜价x
k
大，则相应投标者对目前候选获胜价x
k
广播一个不正确抱怨信息并要求所述经典拍卖商a1验证；
[0022]
步骤5.3、所述经典拍卖商a1验证所述投标者b
j
的所述报价x
j
的真实性，若验证为真实，则表示所述候选获胜价x
k
不真实，终止拍卖过程，否则，执行步骤5.4；
[0023]
步骤5.4、所述候选获胜者b
k
根据公共信息(x
k
,m
k
)宣布自身是获胜者，并公布随机数r
k
，所述经典拍卖商a1根据所述随机数r
k
打开所述获胜者b
k
的承诺c
k
，并验证所述承诺c
k
的真实性，若验证成功，则认定所述候选获胜者b
k
为拍卖获胜者，结束拍卖；否则，则表示最终验证失败，结束拍卖。
[0024]
本发明所述的一种匿名的量子密封拍卖方法的特点在于，所述步骤3中是按如下步骤计算全部投标者的报价秘密值之和x：
[0025]
步骤a)、初始化i＝1；
[0026]
所述量子拍卖商a2在m维希尔伯特空间中产生一个含有2m个量子比特的纠缠态并将所述纠缠态中的m个量子比特放置在寄存器h中，与所述寄存器h中的量子比特纠缠的m个量子比特放置在寄存器t中；再将所述寄存器t通过量子信道发送给所述第i个投标者b
i
；
[0027]
步骤b)、所述第i个投标者b
i
计算报价秘密值从而对所述寄存器t执行一个相位变换u(b
i
)后发送给第i 1个投标者b
i 1
；
[0028]
步骤c)、将i 1个赋值给i后，判断i＝n是否成立，若成立，则第n个投标者b
n
对所述寄存器t执行相位变换u(b
n
)后发送给所述量子拍卖商a2，否则，返回步骤b执行；
[0029]
步骤d)、所述量子拍卖商a2以所述寄存器h里m个量子比特为控制比特，以所述寄存器t里的m个量子比特为目标比特，对所述控制比特和目标比特进行m个cnot门操作后解除所述寄存器h里m个量子比特和所述寄存器t里的m个量子比特的纠缠，并用计算基测量所述寄存器t里的m个量子比特，以进行诚实验证；当验证通过时，则执行步骤e；否则，终止拍卖过程；
[0030]
步骤e)、所述量子拍卖商a2对所述寄存器h执行相位变换u(
‑
k)后，并对所述寄存器h执行量子傅里叶逆变换并测量，得到秘密值之和x。
[0031]
与现有的量子密封投标拍卖方法相比，本发明的有益效果体现在：
[0032]
1.本发明利用共享密钥来验证竞标者的合法身份，实现了身份认证，提高了系统的安全性。
[0033]
2.本发明中，尽管量子拍卖商a2能够得到每一个具体报价，但是除了获胜者之外，他不知道是谁的报价，因而保证了系统的匿名性。
[0034]
3.本发明中，因为有经典拍卖商a1的监督，使得量子拍卖商a2不能与不诚实的投标者串谋，抵抗了不诚实拍卖商和投标者的串谋攻击，提高了系统的健壮性。
[0035]
4.本发明中的经典承诺协议确保了竞标者的不可否认性和拍卖的可验证性，提高了系统的完备性。
[0036]
5.本发明中，所有投标者功能对等，获取其他方隐私信息的概率相等，因而保证了系统的公平性。
附图说明
[0037]
图1为本发明的系统结构图；
[0038]
图2为本发明的量子秘密共享的量子线路图；
[0039]
图3为本发明的安全多方求和的量子线路图。
具体实施方式
[0040]
本实施例中，如图1所示，一种匿名的量子密封拍卖方法，是应用于由一个经典拍卖商a1和一个量子拍卖商a2，联合n个投标者所组成的经典和量子的混合网络中，其中，
[0041]
①
经典拍卖商a1，产生并分发经典系统参数，接受每个投标者的报价承诺；监督量子拍卖商，防止其与不诚实投标者串通。
[0042]
②
量子拍卖商a2，采用实施量子安全多方求和方法计算全部投标者报价秘密值总和，进而计算各个投标者的报价，但不知道每个报价所对应的投标者。
[0043]
③
记任意一个投标者为b
i
，采用经典哈希的方法计算各自报价的承诺值并发送给经典拍卖商a1，并且将各自的报价格秘密嵌入到同一个量子纠缠态的相位中并最终发送至量子拍卖商a2，量子拍卖商抽取相位信息并结合中国剩余定理选择最高报价。
[0044]
具体的说，该量子密封拍卖方法是按如下步骤进行：
[0045]
步骤1.根据中国剩余定理，经典拍卖商a1生成并分发系统参数，量子拍卖商a2向n个投标者共享随机秘密；
[0046]
步骤1.1、经典拍卖商a1生成n个两两互质的整数{m1,m2,...,m
i
,...,m
n
}，其中，m
i
表示第i个整数；利用式(1)计算n个两两互质整数的乘积m、除第i个整数m
i
以外的n
‑
1个整数的乘积m
i
：
[0047][0048]
根据式(1)，设为m
i
与m
i
的模的数论倒数，且m
i
t
i
≡1(mod m
i
)；
[0049]
设定全部整数{m1,m2,...,m
i
,...,m
n
}有相同比特长度并且每个报价x
i
＜m
i
；
[0050]
步骤1.2、利用qkd或者面对面方式为经典拍卖商a1和第i个投标者b
i
分配共享密钥为经典拍卖商a1和量子拍卖商a2分配共享密钥
[0051]
经典拍卖商a1针对第i个投标者b
i
分发和其中，和表示密钥的一次一密加密法和消息认证码；再将n个两两互质的整数{m1,m2,...,m
i
,...,m
n
}随机打乱顺序并用密钥加密，得到密文后与消息认证码一起发送给量子拍卖商a2；
[0052]
步骤1.3、经典拍卖商a1生成强抗碰撞散列函数h(
·
)并与n个两两互质整数的乘积m一起公布在电子公告板上；
[0053]
步骤1.4、量子拍卖商a2在n个投标者中通过量子秘密共享协议分享一个随机秘密k＝(k1 k1 ... k
n
)modm，使得第i个投标者b
i
获得对应的子秘密k
i
；如图2所示，其中量子秘密共享协议的步骤如下：
[0054]
a)量子拍卖商a2在m维的希尔伯特空间里准备1个量子态和n个基态其中下标i表示第i个寄存器(i＝0,1...n)，设定
[0055]
b)量子拍卖商a2通过m个cnot门对量子态和每个基态进行变换，所以量子拍卖商a2得到如下量子态：
[0056][0057]
c)量子拍卖商a2对每个寄存器|x>
i
执行酉变换具体变换如下：
[0058][0059]
所以整个量子系统为：
[0060]
d)量子拍卖商a2通过量子信道将寄存器发送给任意第i个投标者b
i
(i＝0,1,...,n)，同时|x>0保存在自己手里；
[0061]
e)任意第i个投标者b
i
对接收到的第i个寄存器执行酉变换
[0062][0063]
所以全部合法投标者执行完对应的操作，可以恢复初始量子态
[0064]
f)量子拍卖商a2和任意第i个投标者b
i
分别对他们手里的寄存器执行量子傅里叶变换，所以得到式(5)：
[0065][0066]
g)量子拍卖商a2和任意第i个投标者b
i
用计算基分别测量他们寄存器的量子态，设定量子拍卖商a2和任意第i个投标者b
i
的测量结果分别为k0和k
i
，量子拍卖商a2计算k＝m
‑
k0。
[0067]
步骤2、第i个投标者b
i
生成自身的随机数r
i
，用于计算自身报价x
i
的承诺并将承诺c
i
通过经典信道发送给经典拍卖商a1；
[0068]
步骤3、量子拍卖商a2采用量子安全多方求和方法计算各个投标者的报价秘密值之和
[0069]
如图3所示，量子安全多方求和方法是按如下过程进行的：
[0070]
步骤a)、初始化i＝1；
[0071]
量子拍卖商a2在m维希尔伯特空间中产生一个含有2m个量子比特的纠缠态并将纠缠态中的m个量子比特放置在寄存器h中，与寄存器h中的量子比特纠缠的m个量子比特放置在寄存器t中；再将寄存器t通过量子信道发送给第i个投标者b
i
；定义量子比特纠缠态
[0072]
步骤b)、第i个投标者b
i
计算报价秘密值b
i
＝k
i
x
i
m
i
m
i
‑1，从而对寄存器t执行一个相位变换u(b
i
)后发送给第i 1个投标者b
i 1
；其中，相位变换u(b
i
)：所以得到式(6)：
[0073][0074]
步骤c)、将i 1个赋值给i后，判断i＝n是否成立，若成立，则第n个投标者b
n
对寄存器t执行相位变换u(b
n
)后发送给量子拍卖商a2，否则，返回步骤b执行；
[0075]
步骤d)、量子拍卖商a2以寄存器h里m个量子比特为控制比特，以寄存器t里的m个量子比特为目标比特，对控制比特和目标比特进行m个cnot门操作后解除寄存器h里m个量子比特和寄存器t里的m个量子比特的纠缠，用计算基测量寄存器t里的m个量子比特，并进行诚实验证；当验证通过时，则执行步骤e；否则，终止拍卖过程；所以得到量子态为式(7)：
[0076][0077]
则量子拍卖商a2用计算基测量寄存器t，验证测量结果是否为若验证通过，执行下一步骤，否则，终止协议。
[0078]
步骤e)、量子拍卖商a2对寄存器h执行相位变换u(
‑
k)后，并对寄存器h执行量子傅里叶逆变换并测量，得到秘密值之和x。量子拍卖商a2对寄存器h执行相位变换u(
‑
k)得到式(8)：
[0079][0080]
量子拍卖商a2对寄存器h执行一个量子傅里叶逆变换，所以得到式(9)：
[0081][0082]
步骤4、根据第i个整数m
i
以及报价秘密值之和x，量子拍卖商a2利用中国剩余定理计算所有投标者的报价，并从n个投标者中选择候选获胜价x
k
；量子拍卖商a2计算x
i
＝xmodm
i
，其中，每个m
i
来自无序序列(e.g.,{m3,m
n
,...,m1})，并选择候选获胜价x
k
；
[0083]
步骤5、候选获胜价x
k
所对应的候选获胜者b
k
接受所有方的验证；
[0084]
步骤5.1、量子拍卖商a2公布候选获胜价x
k
和对应的整数m
k
；
[0085]
步骤5.2、如果其他投标者b
j
验证到自身的报价x
j
比候选获胜价x
k
大，则相应投标者对目前候选获胜价x
k
广播一个不正确抱怨信息并要求经典拍卖商a1验证；
[0086]
步骤5.3、经典拍卖商a1验证投标者b
j
的报价x
j
的真实性，若验证为真实，则表示候选获胜价x
k
不真实，终止拍卖过程，否则，执行步骤5.4；
[0087]
步骤5.4、候选获胜者b
k
根据公共信息(x
k
,m
k
)宣布自身是获胜者，并公布随机数r
k
，经典拍卖商a1根据随机数r
k
打开获胜者b
k
的承诺c
k
，并验证承诺c
k
的真实性，若验证成功，则认定候选获胜者b
k
为拍卖获胜者，结束拍卖；否则，则表示最终验证失败，结束拍卖。
[0088]
验证具体过程如下：
[0089]
a)通过公共信息，每个部分计算并验证式(10)：
[0090][0091]
下面通过实施例中的正确性、安全性、公平性进一步详细说明本发明。
[0092]
实施例：
[0093]
a)正确性
[0094]
首先分析本发明初始化阶段的量子秘密共享协议的正确性，该协议由式(11)保证其正确性：
[0095][0096]
通过等式(7)，所以得到式(12)：
[0097][0098]
所以，如果每部分测量自己的寄存器，则纠缠态将塌缩到可分离态而测量结果k
i
是随机的，但一定满足因为k＝m
‑
k0,k＝(k1 k1 ... k
n
)modm，也就是说所以能保证公式(9)的正确性。
[0099]
因此，根据中国剩余定理，如果全部的整数m
i
两两互质，则有式(13)：
[0100][0101]
式(13)中，定义m
i
＝m/m
i
,并且其中为m
i
模m
i
的数论倒数。
[0102]
如果量子拍卖商a2知道x和m
i
，则量子拍卖商a2通过公式(13)能够获得对应的x
i
。通过公式(9)，可以看出量子安全多方求和方法是为了计算其中x
i
为投标者b
i
的自身报价。因此，中国剩余定理保证了我们提出的协议的正确性。
[0103]
b)安全性：
[0104]
(1)经典拍卖商a1通过一次一密的方式分配系统参数，这是无条件安全；
[0105]
(2)量子拍卖商a2提出的量子秘密共享协议是安全的，因为投标者b
i
的秘密k
i
是完全隐私的，除非包括量子拍卖商a2在内的n个参与者共谋，否则除了投标者b
i
，其他参与者不能知道关于k
i
的任何隐私信息；
[0106]
(3)所提出的承诺协议是安全的，其依据的强抗碰撞散列函数能够抵抗量子计算机的攻击；
[0107]
(4)所提出的安全多方计算求和协议在理论上是安全的；
[0108]
c)公平性：
[0109]
所有投标者都执行相同的程序：一是将出价承诺之后提交给经典拍卖商a1，二是帮助量子拍卖商a2计算所有出价的总和。
[0110]
综上所述，本发明所提出的协议、定理、公式等正确性得到了验证。通过分析所提出的一些协议、分配系统参数的方式是安全的。所有投标者都执行相同的程序，所以保证了
本发明的公平性。另外，本发明除了中标者之外，拍卖商不会知道其他任何投标人的身份，保证了保密性，拍卖商不知道败者报价属于哪个投标者，保证了匿名性。本发明能有效的解决拍卖商可能向其他竞拍者披露失败的报价以及恶意的竞标者与不诚实的拍卖商进行合谋攻击的问题，所以，本发明在未来的经典和量子混合网络中有很好的应用。