基于器件无关量子随机数信标的零知识证明实现

11/15/2023，光纤在线讯，科技日报记者日前从中国科学技术大学获悉，该校潘建伟院士、张强教授等与国内研究者合作，首次实现了一套以器件无关量子随机数产生器作为熵源，以后量子密码作为身份认证的随机数信标公共服务，将其应用到零知识证明（ZKP）领域中，消除了非交互式零知识证明（NIZKP）中实现真随机数的困难所带来的安全隐患，提高了NIZKP的安全性。相关成果日前发表于国际学术期刊《美国国家科学院院刊》。

      零知识证明是一种基本的密码学工具，允许互不信任的通信双方之间，一方向另一方证明某个命题的有效性，同时不泄露任何额外信息。NIZKP是ZKP的一种最重要的变体，其特点是通信双方无需多次信息交换。由于其简单易行并且互相通信次数少，NIZKP广泛应用于数字签名、区块链和身份认证等领域。常用的NIZKP系统的安全性建立在生成可信的真随机数的假设之上，然而，由于真随机数生成器难以实现，实际应用中常会使用确定性的伪随机数算法来替代，这种方法会产生潜在的安全隐患。

      量子物理学中，基于无漏洞贝尔不等式检验的器件无关量子随机数（DIQRNG）可以提供具有最高安全等级的真随机数，其安全性由量子力学基本原理保证，无需用户对量子设备进行任何先验表征或假设。

      在前期工作基础上，研究团队搭建了一个基于DIQRNG的信标公共服务系统，并利用该系统设计并实施了一种不依赖于真随机数假设的NIZKP方案。该随机数信标服务可以实时向公众广播生成的随机数。此外，为确保随机数在广播过程中的安全性，研究团队采用了可以抵御量子攻击的量子安全签名算法。随后，研究团队利用接收到的来自DIQRNG的随机数代替之前的伪随机数，构建并实验验证了更安全的NIZKP协议。

      该研究成果首次将量子非局域性、量子安全算法和零知识证明三个不同的领域结合起来，大幅提升了零知识证明的安全性，其中构建的面向公众的随机数服务在密码学、彩票业和社会公益等领域有着重要的潜在应用。 

（来源：科技日报）