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若干量子安全机制关键技术研究

李明达  
【摘要】:保密通信指的是在数据通信过程中通过加密或其他手段,隐藏信息真实内容的一种通信方式,最初是出于政治、军事领域的需要,随着其日益发展,目前已越来越多的应用于各个领域中。目前大多应用的保密通信还是基于传统密码学。随着密码学和信息安全技术的进步,传统密码学中许多已证明是安全的算法在量子密码学中都不再安全。 本文从论述量子密码学的基本原理开始,详细介绍量子通信中典型量子密钥分配协议的通信原理及实现过程。量子密码学(Quantum Cryptography)是以经典密码学和量子力学为基础、利用量子力学中微观粒子的基本属性和原理实现的一种新型密码体制,是对基于数学理论的传统密码的延伸。其区别于传统密码学的本质在于提供了唯密文无条件安全性和监听窃听者存在与否的能力,在量子力学的原理保证下完成了真正无条件安全的保密通信。目前,研究者们对单量子态密钥分发协议的安全性研究,无论从理论还是实验方面,都已非常成熟,一些技术已从实验室走出为保密通信做出贡献。而研究者们也将研究重心转向对量子密钥分发协议的不断改进,比如如何提高量子比特利用率、密钥生成率以及可容忍错误率等。 然而,量子密钥分发体制提供的是理论上唯密文的无条件安全性,在现实设备条件下,攻击依然存在。本文在前人研究成果的基础之上,首先详细研究了窃听者Eve常用的攻击方法并分析其产生的原因、攻击的原理以及攻击过程;结合目前量子密码协议,研究上述各种攻击方法能否对各种协议造成威胁,即目前的密码协议在各种攻击方法面前的漏洞。 其次,对已有协议的研究和完善,在基于纠缠态-W态的量子密钥分配协议中的窃听检测阶段,CA、Alice和Bob随机选取一些粒子进行窃听检测,根据Bell-CH不等式给出窃听检测的具体方案,结果表明:该方案优于已有的一些方案,如哈代证明,能够更为灵敏的检测出Eve的窃听。


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