《基於量子隧穿效應的多安全指標布爾函式研究》是依託上海大學，由王潮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於量子隧穿效應的多安全指標布爾函式研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王潮
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
布爾函式對序列密碼、分組密碼和Hash函式等安全性至關重要。由於密碼性質、結構、分布等基本性質不清楚，具有指數級解空間的多安全指標布爾函式設計仍然是一個重要方向值得深入研究，但是現有計算搜尋方法求解多安全指標布爾函式易陷入局部極值，從已知優良函式出發搜尋往往會止步不前。. 申請人已完成量子計算設計同時抗兩種密碼攻擊8元布爾函式的可行性實驗。進一步，本課題擬基於商用量子計算機獨特的量子隧穿效應，最佳化量子退火算法的指數級解空間搜尋能力，研究三個安全指標12元布爾函式以期能抗三種密碼攻擊。具體研究包括:（1）研究多安全指標布爾函式的量子退火伊辛模型；（2）研究在量子漢密爾頓函式動能中加入量子波動，形成量子隧穿跳出局部亞優解並以較大機率覆蓋2^4096規模解空間、逼近多安全指標布爾函式全局最優解；（3）研究量子隧穿最佳化從已知優良函式出發的搜尋。（4）藉此分析商用量子計算的性能最佳化。
結題摘要
項目完全按照預期研究計畫進行，並有拓展。 本課題完成國際上首次真實量子計算機用於密碼設計的理論研究和探索性實驗。量子時代的已有的密碼學研究（量子密碼、抗量子密碼）均為國外提出。本課題研究從量子計算角度研究對密碼學影響，提出一種量子計算對密碼學的套用模式，為最終提出國外尚未開展的量子計算密碼研究做一些探索性的工作。 本課題採用商業化量子計算機加拿大D-wave原理（量子退火算法及其量子隧穿效應），將密碼函式設計問題轉化為指數級解空間搜尋問題，並以密碼學重要函式：布爾函式為例開展實驗。布爾函式對序列密碼、分組密碼和Hash函式等安全性至關重要。由於密碼性質、結構、分布等基本性質不清楚，具有指數級解空間的多安全指標布爾函式設計是一個重要方向值得深入研究。 現有兩類量子計算機都未涉及密碼設計，國際上的一些知名期刊，如《Nature》、《Science》等在基於量子計算機（原理）設計密碼方面尚無相關的文獻報導，國際著名的量子物理專家、《Nature》資深評論員ETH Zürich 的Matthias Troyer教授於 2015年12月給予積極肯定：“It is important to look for new applications”。 本課題的工程意義在於快速產生一批可以用的高質量密碼函式，可以類似跳頻通信不斷的變化密碼函式參數，有望增加破譯困難。 本課題研究還拓展到在國內首次提出D-Wave攻擊RSA公鑰密碼，不同於傳統Shor量子計算，獲得了目前國際上最好的量子計算攻擊公鑰密碼的指標（分解大數1015943，即20比特整數），大幅度超出2019年1月最新推出的IBM Q System OneTM系統在精度允許下通過Shor算法分解大數的最大理論值（10比特整數），也超過洛克希德馬丁公司、普渡大學的研究指標。表明了D-Wave量子退火原理用於公鑰密碼破譯較Shor算法更具現實攻擊力。 2019年6月，著名密碼學家王新梅教授做Highlight 。2019年4月，《Science 》的出版機構美國AAAS學會對成果做了報導，截止2019年7月，點擊率超過13975次，列中國科學出版社點擊前三。 研究成果在JCR Q1和中科院1區發表文章一篇。獲得2019年中國人工智慧學會傑出貢獻獎（首屆70人）。
