BB84量子密鑰協(xié)議的研究及改進(jìn).pdf

1、量子密碼從提出理論設(shè)想到如今建立起實(shí)用的密鑰分發(fā)系統(tǒng)，在并不是很長的時(shí)間內(nèi)，取得了令人矚目的發(fā)展與進(jìn)步。在國外，英國BT買驗(yàn)早已實(shí)現(xiàn)量于密鑰傳輸，傳輸距離達(dá)55 km。國內(nèi)由于起步較晚和硬件上的一些限制，量子密鑰技術(shù)的研究還處于發(fā)展階段。原BB84協(xié)議存在的一些問題，在學(xué)術(shù)界引起來越來越多的討論與研究，其中就包括密鑰分發(fā)速度、身份認(rèn)證、通信安全性問題。
　　 在BB84密鑰協(xié)議中，量子通信實(shí)際上由兩個(gè)階段完成：第一階段通過量子信

2、道進(jìn)行量子通信，進(jìn)行密鑰的通信；第二階段在經(jīng)典信道中進(jìn)行，主要負(fù)責(zé)密鑰的協(xié)商，探測(cè)竊聽者是否存在，然后確定最后的密鑰。量子密鑰協(xié)議的無條件安全性能主要建立在量子不可克隆定理和海森堡的測(cè)不準(zhǔn)原理兩大理論基礎(chǔ)之上，也正是由于量子的這兩種特性導(dǎo)致在BB84協(xié)議中存在了傳輸效率低下、操作復(fù)雜、假冒身份攻擊等方面的問題。鑒于此在BB84基礎(chǔ)上提出了一個(gè)改進(jìn)的量子密鑰協(xié)議（以下簡稱“改進(jìn)協(xié)議”）。本論文研究了這個(gè)改進(jìn)協(xié)議的特性，包括光子利用效率，各

3、種竊聽角度下的誤碼率和平均互信息量性之間的關(guān)系。
　　 流行的量子密鑰協(xié)議往往存在著經(jīng)典信道，而經(jīng)典信道通常是最容易被攻擊利用的。本文提出的協(xié)議使用與BB84協(xié)議一樣的測(cè)量基，設(shè)計(jì)了一條具有回路的量子信道，這使到消息的發(fā)送和接收能同時(shí)由一方完成，由于發(fā)送與接收只由一方完成，帶來了以下好處：改進(jìn)協(xié)議的光子利用效率達(dá)到100％，效率是流行的偏振類量子密鑰協(xié)議的兩倍或更高；避免了容易被攻擊的經(jīng)典信道。改進(jìn)協(xié)議通過預(yù)共享密鑰方法進(jìn)行身份

4、認(rèn)證，因?yàn)樵诹孔用荑€分發(fā)的同時(shí)完成收、接雙方的身份認(rèn)證，避免了攻擊者跳過身份認(rèn)證直接發(fā)送密鑰的弊端；與BB84協(xié)議不同的是，改進(jìn)協(xié)議采用消息摘要的方法驗(yàn)證消息是否被篡改或竊聽，由于消息摘要使用了預(yù)共享密鑰進(jìn)行一次一密加密，攻擊者無法篡改，從而保證安全。
　　 我們還對(duì)改進(jìn)協(xié)議進(jìn)行了信息論研究：在量子檢測(cè)中使用量子測(cè)量信道的概念，并以此計(jì)算了量子保密通信中攻擊者所能獲得的信息量，從而為合法者的安全通信和對(duì)攻擊者的檢測(cè)提供理論依據(jù)和