量子通信協議與安全策略研究.pdf

1、人們對信息安全的各種需求促進了量子通信技術的產生和發(fā)展,量子力學和經典通信為量子通信提供理論基礎,是構成量子通信的基石。量子通信主要包括量子密鑰分發(fā)(QKD)、量子安全直接通信(QSDC)、量子秘密共享(QSS)、量子認證(quantum idemification)和量子隱形傳態(tài)(um teleportation)等。
　　 基于量子的測不準原理和不可克隆定理,量子通信的無條件安全性吸引了越來越多的注意。美國國家科學基金會、美

2、國國防部等部門正在著手此項技術,歐盟從1999年開始研究,日本也從2001年開始把量子通信納入十年計劃。在我國,國務院發(fā)布的國家長期科學和科技發(fā)展綱要(2006-2020年)中,將涉及量子通信技術在內的量子信息技術研究的重要性提到了一個極高的位置。
　　 量子通信技術的無條件安全性,使其具有重要的戰(zhàn)略意義和巨大的應用前景,將在未來的國防、銀行、政府等機要部門的信息安全傳輸中發(fā)揮重大的作用。本文主要研究了量子通信中的量子密鑰分發(fā)協

3、議、量子密鑰分發(fā)中的攻擊方案、誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)協議以及帶有身份認證的量子安全直接通信方案。論文的主要研究成果如下:
　　 深入研究BB84量子密鑰分發(fā)協議的安全性和量子信道特性,建立了數學模型；分析了竊聽者采用不同測量基對經典BB84量子密鑰分發(fā)協議進行截聽/重發(fā)攻擊所能獲得的信息量以及在接收端造成的量子比特誤碼率。通過仿真,得出合法用戶判斷是否存在截聽/重發(fā)攻擊必須設定合適的量子比特誤碼率門限值,從而為合法通信者間的安全通信

4、和對竊聽者的檢測提供了新的判定依據。
　　 提出了一種新的基于Breidbart基的截聽/重發(fā)竊聽方案,并結合BB84量子密鑰分發(fā)協議,分析了該竊聽方案的性能。新方案中,竊聽者竊取全部光子并進行存儲,接著將隨機由Breidbart基制備的光子發(fā)送給接收方。當竊聽行為在接收方引起的量子比特誤碼率小于門限值時,竊聽者不會被發(fā)現。通信雙方通過經典信道比對測量基時,竊聽者可以通過竊聽獲取篩選后的光子的位置及正確的測量基,然后對自己保留的

5、相應位置的光子進行測量,就可以100％獲得合法用戶間的密鑰。
　　 提出了一種高性能誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)方案,該方案將修正相干光(ModifiedCoherent State)與誘騙態(tài)相結合,通過削除弱相干光源中兩個(或三個)光子來減少弱相干光源中多光子脈沖的影響,可有效提高誘騙態(tài)量子通信的性能。建立了誘騙態(tài)量子通信的數學模型,分析了采用修正相干光的單光子計數率和誤碼率的數學關系,將分析結果代入密鑰產生率表達式并進行仿真。結果表明

6、,在誘騙態(tài)的基礎上采用修正相干光,會進一步提高量子通信的安全傳輸距離,為下一步實際應用提供了依據。
　　 為防止中間人竊聽,提出了一種新的帶有身份認證的量子安全直接通信方案。該方案使用EPR糾纏對和極化單光子,其中EPR糾纏對用于傳輸秘密信息,而極化單光子用來進行身份認證和檢測通信過程中是否存在竊聽者Eve。Alice和Bob在通信前共享只有合法用戶才知道的身份認證碼,通信過程中認證碼加載在極化單光子上,只有確定信道中不存在竊聽