單光子量子保密通信及其相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、二十世紀(jì)中葉，美國(guó)科學(xué)家香農(nóng)奠定了密碼學(xué)的理論基礎(chǔ)，開啟了現(xiàn)代密碼學(xué)的開端，現(xiàn)代密碼學(xué)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。七十年代，公開密碼體制的新思想的創(chuàng)立，標(biāo)志著現(xiàn)代密碼學(xué)的誕生，引起了數(shù)學(xué)界、計(jì)算機(jī)科學(xué)界和密碼學(xué)界眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注和深入探索。隨后RSA密碼系統(tǒng)的提出，聯(lián)邦數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)DES頒布，為密碼技術(shù)在商業(yè)、金融等民用領(lǐng)域的普遍應(yīng)用創(chuàng)造了條件，展示了令人神往的廣闊前景。但是，近年來(lái)隨著計(jì)算技術(shù)的飛速發(fā)展，基于計(jì)算安全性的現(xiàn)代密碼體制面臨極大的

2、威脅，特別是量子計(jì)算已經(jīng)初露端倪，具備橫掃傳統(tǒng)密碼體制的可能時(shí)，人們開始尋求新的保密措施。其中，以基于微觀粒子的量子屬性實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的保護(hù)，即量子密碼展示了最明朗的應(yīng)用前景。量子密碼利用量子力學(xué)原理實(shí)現(xiàn)密鑰安全交換，即“量子密鑰分發(fā)”（QKD）。量子密鑰分發(fā)為傳統(tǒng)密碼遇到的密鑰交換問(wèn)題提供了一種理想的解決方案，兩者的結(jié)合就構(gòu)成了所謂的“量子密碼”（QuantumCryptography），這種新的密碼系統(tǒng)能夠在量子計(jì)算機(jī)時(shí)代提供安全可靠的

3、加密保證。 本文首先通過(guò)研究各種量子密鑰分發(fā)協(xié)議，討論了對(duì)攻擊和竊聽的檢測(cè)，分析了量子密鑰分發(fā)的安全性，并調(diào)研了國(guó)內(nèi)外空間和光纖量子密鑰分發(fā)的最新實(shí)驗(yàn)進(jìn)展。其次，選取了典型的量子密鑰分發(fā)方案，通過(guò)對(duì)光纖量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的密鑰傳輸率和量子比特誤碼率進(jìn)行了理論模擬和仿真計(jì)算，研究了光纖的損耗和色散導(dǎo)致光脈沖在傳輸過(guò)程中衰減和展寬，以及單光子探測(cè)器暗計(jì)數(shù)對(duì)傳輸距離的影響，確定了最佳初始脈沖寬度和相應(yīng)的理論傳輸距離。再次，開展了關(guān)于通信