量子保密通信安全性的理論研究.pdf

1、近年來，隨著信息科學(xué)和技術(shù)的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)和無線通信網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，信息泄露問題也日益嚴(yán)重，因此，如何提高通信的保密性和安全性成了信息領(lǐng)域所面臨的嚴(yán)峻問題。由于量子通信的安全性是由量子力學(xué)原理保障的，理論上具有無條件的安全性，因此成為信息學(xué)領(lǐng)域研究的熱點課題。未來量子信息處理面臨著三個方面的挑戰(zhàn)，即信息傳輸?shù)母咚俣龋鎯Φ拇笕萘恳约巴ㄐ诺母甙踩?。雖然在現(xiàn)有的研究中，已經(jīng)出現(xiàn)了很多量子保密通信協(xié)議，但是由于這些協(xié)議都或多或少地存在安全漏洞

2、，并且針對量子保密通信的攻擊方式也層出不窮，因此，尋找更加安全高效的、具有更強保密性的安全通信協(xié)議成為量子信息領(lǐng)域研究的一個重要內(nèi)容。
　　本文中，我們圍繞量子通信的保密安全方案進行了研究。在分析了幾種典型的量子保密通信方案安全性的基礎(chǔ)上，提出了幾種量子保密通信的安全策略和具體方案。
　　第一章中簡要介紹了量子保密通信發(fā)展的歷史背景以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與分析，提出了本文的主要研究內(nèi)容，研究目的和意義；
　　第二章對量子保

3、密通信的基本原理作了必要的闡述，包括量子保密通信的量子力學(xué)理論基礎(chǔ)以及保密通信系統(tǒng)的基本組成要素。介紹了量子信源、量子信道、量子信宿等概念，說明了量子保密通信系統(tǒng)與經(jīng)典保密通信系統(tǒng)的區(qū)別。
　　第三章中，圍繞量子保密通信方案的安全保障機制進行了研究。通過分析幾種典型的量子保密通信方案的安全機制，指出了所存在的安全漏洞。為了提高信息處理的安全準(zhǔn)確性，從物理系統(tǒng)本身特性出發(fā)，研究了系統(tǒng)的消相干特性，以及對量子比特操作的魯棒性。作為提高

4、安全性的輔助手段，首先提出了借助于Kerr介質(zhì)抑制系統(tǒng)的消相干，以及選擇適當(dāng)?shù)脑舆\動和場模結(jié)構(gòu)參數(shù)避免原子質(zhì)心運動產(chǎn)生的消相干效應(yīng)。其次，利用壓縮算符驅(qū)動腔場進行周期性演化的方法，構(gòu)造具有容錯能力的量子邏輯門，提高了對量子比特操作的準(zhǔn)確性。
　　第四章中提出了基于粒子秘密傳送次序的安全通信策略?；谶@一策略，分別采用EPR糾纏對和光子的偏振基構(gòu)建了量子安全直接通信方案。首先，利用EPR對作為量子信息載體，提出了往返傳送粒子和單程

5、傳送粒子的量子安全直接通信方案。這兩種方案實際是對Ping-Pong方案的兩種改進，彌補了Ping-Pong方案的安全漏洞。其次，利用極化光子的偏振基，基于量子力學(xué)測不準(zhǔn)原理，提出了量子安全直接通信方案。同時，將上述量子安全直接通信方案進一步推廣到雙向通信形式，提出了量子對話方案，在保證通信安全性的同時，使通信雙方能夠交換信息，極大地提高了通信的效率。
　　對以上方案的安全性分析表明，基于粒子秘密傳輸次序的策略能夠有效地保證并提高

6、通信的安全性。
　　第五章提出了基于直積態(tài)復(fù)合空間的策略。研究了兩個三態(tài)粒子直積態(tài)復(fù)合Hilbert空間中正交完備集的性質(zhì)。由于兩個三態(tài)粒子的復(fù)合空間共有18個，并且兩個粒子的直積態(tài)完備集具有關(guān)聯(lián)性，將它們的直積態(tài)作為量子信息載體時，不僅能夠提高編碼效率，而且提高了通信的安全性?；谶@一特點，我們提出了一個量子密鑰分配方案以及受控量子安全通信方案。對方案的安全性分析說明，將三態(tài)粒子直積態(tài)用于量子信息處理，不僅具有大容量、高效率的優(yōu)