量子密碼實際安全性與應(yīng)用研究.pdf

1、量子密碼分配技術(shù)為通信雙方提供了一種獲得無條件安全密鑰的分發(fā)手段。量子密碼的安全性和應(yīng)用是其研究的核心內(nèi)容。
　　在安全性方面，目前，大部分量子密鑰分配協(xié)議在最普適的相干攻擊下，其安全性已經(jīng)得到了完全的證明。但是這不代表實際系統(tǒng)也是安全的。實際量子密鑰分配系統(tǒng)與理論協(xié)議存在一定的差異，比如，實際器件存在非理想特性，難以滿足協(xié)議嚴(yán)格要求的條件，這些差異可能被竊聽者利用來獲取部分甚至全部的密鑰信息。另外，有限的密鑰長度與理想?yún)f(xié)議的假設(shè)

2、條件也不同，需要對安全性分析進(jìn)行修正。因此實際系統(tǒng)需要更嚴(yán)格的安全性分析和論證，這是當(dāng)前的研究熱點。
　　在量子密鑰分配系統(tǒng)的應(yīng)用研究方面，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，量子密鑰分配技術(shù)已經(jīng)能滿足建立網(wǎng)絡(luò)的要求，將量子密鑰分配技術(shù)融合到經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)中，更能充分發(fā)揮量子密碼的優(yōu)勢，能更有效地保證數(shù)據(jù)的安全性?，F(xiàn)實生活環(huán)境下的量子密鑰分配應(yīng)用受到了越來越多的關(guān)注。量子密碼的應(yīng)用需要結(jié)合具體的網(wǎng)絡(luò)特點和用戶需求進(jìn)行設(shè)計。
　　本文重點介紹了量子密

3、鑰分配系統(tǒng)的實際安全性和它的相關(guān)應(yīng)用。這篇論文主要完成了以下幾個工作。
　　在實際安全性方面，論文首先研究了部分分束攻擊下誘騙態(tài)BB84協(xié)議的安全性，詳細(xì)分析了部分分束攻擊策略，從光子概率分布的角度給出了部分分束攻擊的模型，得到被攻擊后到達(dá)接收端脈沖的光子數(shù)分布以及攻擊后的計數(shù)率;分幾種情況討論了攻擊參數(shù)的優(yōu)化選擇問題;通過比較單光子計數(shù)率的理論值和估計值，指出誘騙態(tài)BB84協(xié)議在該攻擊下也是安全的。
　　其次論文研究了誘騙

4、態(tài)協(xié)議中用于態(tài)制備的隨機(jī)數(shù)對安全性的影響，假設(shè)態(tài)制備隨機(jī)數(shù)泄露的比例為p，結(jié)合部分分束攻擊提出了兩種不同的攻擊策略并分析了攻擊者獲得的信息量;我們給出了隨機(jī)數(shù)泄露比的下限，結(jié)果顯示當(dāng)攻擊者利用策略二想獲取全部的密鑰信息時，它至少需要知道的隨機(jī)數(shù)比例的下限隨著傳輸距離的增加指數(shù)衰減。
　　然后論文研究了系統(tǒng)設(shè)置死時間后的碼率估算問題，利用蒙特卡洛的方法來模擬探測過程，能便捷地給出密鑰率最大時的最優(yōu)死時間;該數(shù)值方法能夠充分考慮探測器

5、的暗計數(shù)和后脈沖等的影響，為實際系統(tǒng)的研制和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　　在安全性方面，我們最后分析了真空態(tài)+單誘騙態(tài)協(xié)議下真空態(tài)的統(tǒng)計漲落對密鑰率的影響，結(jié)果表明給定總脈沖數(shù)時，存在一個最優(yōu)的真空態(tài)比例使得密鑰率達(dá)到極大值。
　　本文的第二部分主要側(cè)重于研究量子密鑰分配系統(tǒng)應(yīng)用于電力通信網(wǎng)的可行性，結(jié)合電網(wǎng)的特殊環(huán)境（架空光纖等），本文從編碼方式、同步模式等方面提出了適合電網(wǎng)的量子密鑰分配方案。
　　然后分析了電力通信網(wǎng)的安

6、全需求，設(shè)計了將量子密碼用在電網(wǎng)中的兩個應(yīng)用實例，第一個是利用量子密碼來提高電網(wǎng)SSL VPN數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴Ｕ撐姆治隽穗娋W(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c，提出量子密碼的四種應(yīng)用模式，并設(shè)計了協(xié)議過程進(jìn)行量子密鑰的使用模式和相關(guān)控制信息的協(xié)商。第二個是利用量子密碼來提高電網(wǎng)WiMAX無線通信的安全性。該應(yīng)用中，量子密鑰的存儲和讀取是按分段方式進(jìn)行的。論文提出了雙重加密的方法并設(shè)計了數(shù)據(jù)傳輸格式，先利用量子密鑰加密數(shù)據(jù)，然后利用WiMAX無線通信傳輸該