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作者：孙晨阳河北大学

学位级别：硕士

在量子计算不断发展的今天,传统的依赖于数学计算复杂度的经典密码系统正面临着越来越大的威胁。量子密码学作为量子力学与密码技术相结合的新兴学科,引起了广泛的关注和研究。其中,量子密钥分发协议是量子密码学的重要组成部分,旨在通... 详细信息

在量子计算不断发展的今天,传统的依赖于数学计算复杂度的经典密码系统正面临着越来越大的威胁。量子密码学作为量子力学与密码技术相结合的新兴学科,引起了广泛的关注和研究。其中,量子密钥分发协议是量子密码学的重要组成部分,旨在通过量子比特的安全传输实现密钥的分发,摆脱传统密码学中依赖数学计算复杂性的限制,实现信息论上的无条件安全性。尽管现有的量子密钥协商协议已经能够确保所有合法参与者之间建立安全可靠的共享密钥,但对参与者的能力和设备要求较高,存在一定的困难。为了提高实际应用性,半量子密钥分发协议这一创新性的概念被提出。半量子密钥分发协议引入了经典通信方,降低了对参与者能力和设备的要求。半量子密钥分发协议通过减轻经典通信方的量子资源负担,有效降低了量子通信的运维成本,有助于更广泛地推动量子密钥分发技术的实际应用。目前的半量子密钥分发协议多适用于一个量子通信方与一个经典通信方的密钥分发场景,对量子通信方的要求也相对较高。本文设计了多种简单易行的半量子密钥分发协议以适用于不同的场景,主要工作内容如下:(1)提出一种基于Bell纠缠态的中介半量子密钥分发协议,该协议中只使用了一种Bell纠缠态作为初始的量子资源,使两个经典通信方能够在量子第三方的帮助下生成一个共享密钥。安全性分析表明,所提出的协议能够抵御特洛伊木马攻击,纠缠-测量攻击,拦截-重发送攻击等。相比于其他的中介半量子密钥分发协议,该协议对于第三方的量子能力要求更简单,只需要生成Bell纠缠态和Bell基测量。(2)提出了一种新颖的三方半量子密钥分发协议,该协议允许一个量子通信方向两个经典通信方同时分发密钥。利用m粒子GHZ纠缠态,可以将该协议扩展为m(10)1方的通信协议,量子通信方Alice经过一次量子态的收发,可以同时和m个经典通信方分发密钥。与传统的点对点的半量子密钥分发协议相比,这种协议模型显著降低了通信的复杂性,极大地提高了密钥分发的效率。此外,该协议还可以抵抗纠缠-测量攻击、篡改攻击、拦截-重发送攻击等。(3)提出了一个轻量级的中介多方半量子密钥分发协议,该协议可以使多个经典通信方在一个不可信的量子第三方的帮助下安全地分发一个密钥。该协议中的第三方只需要简单的生成X基+粒子并进行X基测量,经典方的能力也更加轻量化,只需简单的Hadamard门操作和Z基测量。相比于与过往的半量子密钥分发协议,该协议的单向量子通信可以抵抗特洛伊木马攻击,所有的经典参与者都可以及时发现第三方不诚实行为。安全性分析表明该协议可以有效地抵抗各种攻击:特洛伊木马攻击、纠缠-测量攻击和测量-重发送攻击等。

关键词：量子密码学半量子密钥分发 Bell态多粒子GHZ态安全性分析

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基于四态协议的半量子密钥分发诱骗态模型的有限码长分析

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物理学报 2023年第22期72卷 82-92页

作者：詹绍康王金东董双黄偲颖侯倾城莫乃达弥赏向黎冰赵天明於亚飞魏正军张智明华南师范大学信息光电子科技学院广东省量子调控工程与材料重点实验室广州510006 华南师范大学信息光电子科技学院广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室广州510006

半量子密钥分发允许一个全量子用户Alice和一个经典用户Bob共享一对由物理原理保障的安全密钥.在半量子密钥分发被提出的同时其鲁棒性获得了证明,随后半量子密钥分发系统的无条件安全性被理论验证.2021年基于镜像协议的半量子密钥分发... 详细信息

半量子密钥分发允许一个全量子用户Alice和一个经典用户Bob共享一对由物理原理保障的安全密钥.在半量子密钥分发被提出的同时其鲁棒性获得了证明,随后半量子密钥分发系统的无条件安全性被理论验证.2021年基于镜像协议的半量子密钥分发系统的可行性被实验验证.然而,可行性实验系统仍旧采用强衰减的激光脉冲,已有文献证明,半量子密钥分发系统在受到光子数分裂攻击时仍旧面临密钥比特泄露的风险,因此,在密钥分发过程中引入诱骗态并且进行有限码长分析,可以进一步合理评估密钥分发的实际安全性.本文基于四态协议的半量子密钥分发系统,针对仅在发送端Alice处加入单诱骗态的模型,利用Hoeffding不等式进行了有限码长情况的安全密钥长度分析,进而求得安全密钥率公式,其数值模拟结果表明,当选择样本量大小为105时,能够在近距离情况下获得10-4bit/s安全密钥速率,与渐近情况下的安全密钥率相近,这对半量子密钥分发系统的实际应用具有非常重要的意义.

关键词：半量子密钥分发诱骗态 Hoeffding不等式有限码长

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基于d维单个量子态的半量子密钥分发方案

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电子学报 2022年第5期50卷 1025-1032页

作者：胡文文周日贵上海海事大学信息工程学院上海201306 上海海事大学智能信息处理与量子智能计算研究中心上海201306

为提升半量子密钥分发方案的信息传输容量和效率,本文提出了一种基于d维量子系统下单个量子态的非对称半量子密钥分发方案.基于发送方在d维量子系统下制备的单个量子态,接收方采用非对称的方式执行CTRL和SIFT操作.在发送方拥有量子存储... 详细信息

为提升半量子密钥分发方案的信息传输容量和效率,本文提出了一种基于d维量子系统下单个量子态的非对称半量子密钥分发方案.基于发送方在d维量子系统下制备的单个量子态,接收方采用非对称的方式执行CTRL和SIFT操作.在发送方拥有量子存储器存储所有接收方发送的单粒子量子态条件下,其可以依据接收方的具体操作选择正确的单粒子测量基测量量子态.于是,方案的效率可以提升到近似100%.安全性分析表明,本文方案可以抵抗常见的截获-重发、测量-重发、纠缠-测量和特洛伊木马攻击.性能分析表明,随着量子系统维度d的增大,本文方案传输的密钥信息容量会更大.

关键词：半量子密钥分发 d维量子系统非对称单粒子测量安全性分析方案效率

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带仲裁的半量子密钥分发协议研究

带仲裁的半量子密钥分发协议研究

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作者：陈灵丽湘潭大学

学位级别：硕士

半量子密码学是一门基于经典密码学和量子力学原理的学科,它的安全性不再依赖于未被证明的数学难题假设,而是主要依赖于量子力学原理,例如测不准原理和不可克隆定理等。半量子密钥分发是半量子密码学的一个重要研究方向,它所具备的在信... 详细信息

半量子密码学是一门基于经典密码学和量子力学原理的学科,它的安全性不再依赖于未被证明的数学难题假设,而是主要依赖于量子力学原理,例如测不准原理和不可克隆定理等。半量子密钥分发是半量子密码学的一个重要研究方向,它所具备的在信息理论上的无条件安全性主要由量子力学原理来保证。半量子密钥分发允许仅具备有限量子能力的参与方安全地获得密钥,再结合量子一次一密技术就能安全地进行量子保密通信。带仲裁的半量子密钥分发具备半量子密钥分发相同的安全性。所谓带仲裁的半量子密钥分发是指两个仅拥有受限量子能力的参与方在不可信第三方的帮助下,能够安全地获得密钥。这使得带仲裁的半量子密钥分发协议在实际情况下容易实现,因而应用场景更加广泛。本文主要对三类带仲裁半量子密钥分发协议进行研究,并且在基于单量子态和基于测量设备无关的带仲裁的半量子密钥分发协议方面取得如下成果。1、基于现有的采用双向量子信道的带仲裁的半量子密钥分发协议,基于单量子态提出一种采用单向量子信道的带仲裁的半量子密钥分发协议,降低不可信第三方所需的量子能力,并且密钥率不低于同类协议,同时证明所提出的协议能够抵抗可控非门攻击和集体攻击等,并和同类协议进行对比分析。2、通过去除两个“经典方”的量子测量能力,改进一个基于Bell态的带仲裁的半量子密钥分发协议,提出一个带仲裁的基于测量设备无关的半量子密钥分发协议,且围绕所提出的协议能够抵抗测量攻击和伪态攻击等,来展开安全性分析,并将该协议与原协议进行对比分析。

关键词：半量子密码半量子密钥分发带仲裁的半量子密钥分发量子信息处理

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基于交换测试粒子的半量子车地认证协商方案

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华中科技大学学报(自然科学版) 2024年

作者：陈永常婷张冰旺兰州交通大学电子与信息工程学院

针对下一代高速铁路通信系统车地认证协议中根密钥泄露、通信双方未相互认证、难以抵抗拒绝服务攻击等问题，提出了一种基于交换测试粒子的半量子车地认证协商方案．首先采用半量子密钥分配方法对量子比特制备和测量生成安全会话密钥，... 详细信息

针对下一代高速铁路通信系统车地认证协议中根密钥泄露、通信双方未相互认证、难以抵抗拒绝服务攻击等问题，提出了一种基于交换测试粒子的半量子车地认证协商方案．首先采用半量子密钥分配方法对量子比特制备和测量生成安全会话密钥，解决了根密钥泄露问题．然后引入网络身份认证的交换测试粒子，利用量子力学密码技术实现通信双方共享秘密的一种强相互认证，可抵抗中间人攻击、拒绝服务攻击．最后利用基于信念的模态逻辑进行理论安全性验证和Scyther安全分析工具实验验证．结果表明：所提方法具有更高的安全性，更低的计算开销，能满足下一代铁路无线通信系统车地认证安全性和实时性的需求．

关键词： 5G-R 车地认证密钥协商交换测试粒子半量子密钥分发安全认证

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一种新颖的基于类GHZ态的两方半量子密钥分配协议

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中国科学：物理学、力学、天文学 2022年第12期52卷 28-39页

作者：徐天婕叶天语浙江工商大学信息与电子工程学院杭州310018

本文提出了一种新颖的两方半量子密钥分配(Semiquantum Key Distribution,SQKD)协议,该协议只使用一种类GHZ态.提出的SQKD协议可以实现在无第三方的情况下在一个具有无限量子能力的量子方和一个具有有限量子能力的经典方之间创建一个共... 详细信息

本文提出了一种新颖的两方半量子密钥分配(Semiquantum Key Distribution,SQKD)协议,该协议只使用一种类GHZ态.提出的SQKD协议可以实现在无第三方的情况下在一个具有无限量子能力的量子方和一个具有有限量子能力的经典方之间创建一个共享隐秘密钥.该协议不需要Hadamard门或者纠缠交换操作.详细的安全性分析表明,提出的SQKD协议能够抵御来自外部窃听者的几种著名攻击,如特洛伊木马攻击、纠缠-测量攻击、双重控制非攻击、测量-重发攻击和截获-重发攻击.

关键词：半量子密码半量子密钥分发类GHZ态

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两类量子密钥分发协议研究

两类量子密钥分发协议研究

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作者：何金军湘潭大学

学位级别：硕士

量子密码学是量子力学基本原理与经典密码学相结合的交叉学科。与经典密码学不同的是,其安全性不依赖于未被证明的计算复杂性假设,而是依靠量子不可克隆性定理、海森堡测不准原理等物理特性来保证秘密信息交换在理论上的无条件安全性。... 详细信息

量子密码学是量子力学基本原理与经典密码学相结合的交叉学科。与经典密码学不同的是,其安全性不依赖于未被证明的计算复杂性假设,而是依靠量子不可克隆性定理、海森堡测不准原理等物理特性来保证秘密信息交换在理论上的无条件安全性。其中半量子密钥分发协议是指经典方能够和量子方协作生成安全的密钥,而经典方限制其只具备以下的量子操作能力:(1)访问量子信道,(2)在经典基{0,1}上测量量子比特,(3)在经典基{0,1}上制备量子比特,(4)重排量子比特。设备无关类的量子密钥分发协议能够保证密钥分发的无条件安全性但无需知道量子密钥分发设备的具体信息,进而可去除由于设备的不完美性导致的侧信道攻击。本文的主要内容是围绕半量子密钥分发协议和设备无关类量子密钥分发协议进行研究,主要工作如下:1.提出一种测量设备无关的半量子密钥分发协议在典型半量子密钥分发协议和测量设备无关技术的基础上,提出一种测量设备无关的半量子密钥分发协议并分析了该协议的安全性。该协议借助不可信的第三方对通信双方发送过来的量子态进行Bell态测量,而无需通信的双方对量子态进行测量。同时,合法的通信双方可以根据第三方公布的结果及量子纠缠特性分析协议的安全性。该协议不仅能够去除量子设备自身的不完美性导致的侧信道攻击,而且还能让量子资源受限的普通用户即经典方通过与量子方的协作获得安全的密钥。2.提出一种单边测量设备无关的半量子密钥分发协议在测量设备无关的半量子密钥分发协议的基础上,进一步将协议延伸为一种单边测量设备无关的半量子密钥分发协议。该协议中量子方的编码系统是未刻画的,只需其量子态是在二维Hilbert空间制备即可,这减少了量子方的安全假设,而且该协议结合了诱骗态的思想能够去除多光子脉冲导致的光子数分离攻击,解决理想单光子源难以制备的问题。

关键词：量子密码测量设备无关半量子密钥分发量子纠缠

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