检索结果-南通市图书馆

作者：林姣姣西安电子科技大学

学位级别：硕士

量子保密通信属于量子信息学的一个重要分支,其建立在基于量子力学基本原理可实现密钥无条件安全传输的量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)协议之上。尽管该领域已取得众多重要的研究成果,但QKD协议在无量子中继器的情形下一... 详细信息

量子保密通信属于量子信息学的一个重要分支,其建立在基于量子力学基本原理可实现密钥无条件安全传输的量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)协议之上。尽管该领域已取得众多重要的研究成果,但QKD协议在无量子中继器的情形下一直无法突破成码率与传输距离的极限。幸运的是,研究者们在2018年提出了双场量子密钥分发(Twin-field quantum key distribution,TF-QKD)协议,该协议突破了传统QKD协议无法突破的成码率与传输距离的极限。另外,该协议可看成MDI-QKD协议从双光子干涉到单光子干涉的转换,因此保留了MDI-QKD协议的优势。尽管TF-QKD协议相比于其他QKD协议具有较高的成码率与较远的传输距离。但是该协议需要通信双方量子态制备一致且在长距离光纤信道下需要相位参考系,因此在技术实现上具有较大的难度。参考系无关的(Reference-frame-independent,RFI)QKD协议结合即插即用(Plug-play)结构,不仅可以实现QKD系统相位与偏振的自动补偿,并且可以实现单个光源下通信双方在参考相位未对准的情形下密钥的安全传输。本文围绕实用化的TF-QKD协议展开研究,提出了一种基于Plug-play结构的TF-QKD协议,并将RFI设计思想运用于该协议,主要研究内容及成果如下:第一,在学习量子信息相关的一些基础知识,包括密度算子与量子力学的基本假设、经典信息论的Shannon熵、量子信息论的von Neumann熵及BB84协议与B92协议两个典型的QKD协议等基础上。分析了双路Plug-play型QKD系统中单个不可信光源带来的安全缺陷,并采用光源监控思想解决该缺陷。接着,简要分析了RFI-QKD协议、MDI-QKD协议和TF-QKD协议的安全性。第二,围绕实用化的TF-QKD协议展开研究,提出了一种Plug-play型MDI-TFQKD协议。该协议系统采用单个光源,结合Plug-play型结构与诱骗态调制技术,避免了双光源量子态制备不一致引起的安全问题,实现了无需额外的偏振与相位补偿模块自动进行偏振与相位漂移的补偿。借助Matlab仿真比较了该协议在不可信源与可信源下以及有限长脉冲统计波动下的性能。结果表明,该协议在可信源与不可信源下的成码率与传输距离几乎一致,即使在有限码长统计波动下,该协议仍能突破传统QKD协议的成码率与传输距离的界限限制,安全距离大于400km,进一步验证了该方案的可行性。第三,将RFI设计运用于Plug-play型MDI-TF-QKD协议,提出了Plug-play型RFI-TF-QKD协议,解决了通信双方参考系未对齐的问题,采用随机相位片段组成数据集合的方法收集更多的信息以估计Eve的信息量,降低了系统对相位的要求。将RFI协议的优势与MDI-TF-QKD协议的优势相结合,进一步提高了系统的稳健性与可控性。最后通过数值仿真比较了该协议在非RFI与RFI设计下的性能。结果表明,Plug-play型RFI-TF-QKD协议具有更好的抗误码性能。即使在非可信源下,该协议的传输距离仍可达500km。

关键词：量子密钥分发双场测量设备无关参考系无关单个不可信光源 Plug-play型结构

基于第三方的连续变量量子密钥协商协议的研究

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基于第三方的连续变量量子密钥协商协议的研究

作者：张静北京工业大学

学位级别：硕士

量子密钥分发和量子密钥协商是量子密码协议领域非常重要的两个分支,不同于量子密钥分发单向传输,量子密钥协商协议中,密钥由所有的参与者共同决定,并且所有参与者对密钥的贡献相同。这些特性使得量子密钥协商有更高的安全性和公平性。... 详细信息

量子密钥分发和量子密钥协商是量子密码协议领域非常重要的两个分支,不同于量子密钥分发单向传输,量子密钥协商协议中,密钥由所有的参与者共同决定,并且所有参与者对密钥的贡献相同。这些特性使得量子密钥协商有更高的安全性和公平性。自2004年,周南润提出第一个两方量子密钥协商协议,越来越多的QKA协议被提出,并从双方扩展到多方。但是对大多数QKA的研究都是基于离散变量量子态的,而基于离散变量的QKA协议存在以下弊端:(1)理想的单光子源和单光子探测器实现困难,受探测器噪声影响,存在暗计数问题,尚缺乏高效的单光子探测器;(2)单光子在信道传输中,易受环境噪声干扰,易被吸收,导致传输效率和传输距离受限。与离散变量相比,连续变量协议具有多光子束特性、对噪声的免疫性强、探测器噪声可利用、载体携带密钥比特数高、与现有光纤通信系统兼容性强等优势。本文围绕连续变量量子密钥协商这一热点课题,借助连续变量GHZ态、连续变量双模压缩态、相干态等连续变量量子态,设计了三种基于连续变量量子态的量子密钥协商协议,并对所提出协议进行正确性分析和安全性分析,具体研究内容如下:(1)利用连续变量GHZ态,提出了一种基于第三方的多方量子密钥协商协议,第三方制备连续变量GHZ状态,将输出模分别发送给参与者。参与者依次将自己的密钥通过平移操作进行编码,直到接收到编码了所有参与者密钥信息的量子态为止,参与者计算可得到一个共同的密钥。安全分析表明,提出的QKA协议不仅可以抵抗参与者的攻击,还可以抵抗共谋攻击和分束器攻击。(2)为了解决针对探测器引起的黑客攻击,提出一种基于相干态的测量设备无关的量子密钥协商协议。首先提出两方量子密钥协商协议,然后将其推广到多方。根据PM方案的安全性等价于相应的EB方案,为了方便安全性的分析,我们还描述了对应的EB方案,然后分析了协议的安全性,分析表明,协议可以抵抗个体攻击和集体攻击等攻击。(3)以连续变量双模压缩态为基础,提出了一种受第三方控制的连续变量多方QKA协议。第三方制备连续变量双模压缩态,将一个输出模发送给其中一个参与者。参与者以线性方式依次将自己的密钥进行编码,然后第三方进行纠缠度检测,最后公布诱骗态,参与者去除诱骗态后计算可得到一个共同的密钥。安全分析表明,提出的QKA协议可抵抗中间人攻击和共谋攻击等。

关键词：连续变量测量设备无关量子密钥协商多方

双方量子密码协议的研究及在量子网络中的应用

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双方量子密码协议的研究及在量子网络中的应用

作者：周自帅南京大学

学位级别：硕士

经典通信的安全性是基于求解大数问题的困难性,而随着计算机算力的增加乃至量子计算机的出现,经典通信的安全性受到了严重的威胁。而量子通信技术却可以从根本上保证通信的无条件安全性。近30年来,量子通信的研究不管是理论上还是实验... 详细信息

经典通信的安全性是基于求解大数问题的困难性,而随着计算机算力的增加乃至量子计算机的出现,经典通信的安全性受到了严重的威胁。而量子通信技术却可以从根本上保证通信的无条件安全性。近30年来,量子通信的研究不管是理论上还是实验上都取得了丰硕的成果。本文针对量子通信,分别研究了双方情景下的量子密码协议和多方情景下的量子网络通信,主要的内容如下:1)基于测量设备无关和错误估计,提出了两个新颖的双方量子通信协议,分别是MDI-QBC协议和MDI-PID协议,实现了这两个协议的现实安全性。具体而言,首先在标准模式下的QBC协议都是不能实现无条件安全的,而在我们的协议中,通过引入部分数论知识,使得其不满足完美单方安全计算的要求,以规避no-go定理,实现了协议的现实安全性。在PID协议中,由于其基于2取1QOT的特性,因此也是可以保证无条件的安全性。我们在对上述两个协议进行数学证明的同时,也考虑了一些攻击场景,认为依然能够保持安全性。2)提出了一个服务端/客户端量子自组织网络的概念,解决了一些特殊场景的多方量子通信问题,实现了这些场景下的多用户数据交互。具体而言,采用编码为偏振方式的即插即用（Plug＆Play,PP）量子密钥分发协议作为通信协议,同时设计了协议以及节点模型,之后就该网络设计了一个双路通信的密钥分发基础实验方案和入网实验方案。最终就双路量子通信遭受的木马攻击进行了仿真分析,并提出了一个单光子探测器的方式用于检测攻击,并与光子数分离检测进行了对比,发现单光子探测器的方式不仅检测效率更高,而且成本更低更易于大规模部署。与此同时,把提出的双方量子密码协议应用到自组织量子网络中,证明其是能够保持安全的。

关键词：双方量子密码协议测量设备无关量子自组织网络特洛伊木马攻击

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离散变量两方密钥协商协议的设计与分析

离散变量两方密钥协商协议的设计与分析

作者：许杨北京工业大学

学位级别：硕士

量子密码学将传统密码学和量子力学密切结合起来,它的可信度得益于物理学的原则,而不受传统密码学的计算复杂程度的限制。因其在理论上可以实现无条件安全性,逐渐受到研究者的广泛关注。如今,量子密码领域已经延伸出众多分支:量子密钥... 详细信息

量子密码学将传统密码学和量子力学密切结合起来,它的可信度得益于物理学的原则,而不受传统密码学的计算复杂程度的限制。因其在理论上可以实现无条件安全性,逐渐受到研究者的广泛关注。如今,量子密码领域已经延伸出众多分支:量子密钥分发、量子安全直接通信、量子对话、量子秘密共享、量子密钥协商等。通过量子信道,两个或两个以上的参与者可以通过量子密钥协商(Quantum Key Agreement,QKA)来获得共同密钥,从而实现安全性和可靠性的双向保障。自2004年,周南润提出第一个两方量子密钥协商协议,量子密钥协商成为量子密码领域中的重要研究方向,到目前为止,已经取得了显著的科研成果。但是,大部分密钥协商协议假设量子信道是一个理想环境,即没有噪声的影响。因此,这一协议仍然存在一定的局限性。实际上,由于外界的干扰,粒子的传输往往被各种噪声干扰,从而使得攻击者有机会利用这种干扰来破坏协议进行。随着量子密码应用研究的深入,研究者发现量子设备的成本高昂,同时携带不便以及半量子参与方易受到身份假冒攻击等缺陷显露出来。因此本文针对上述问题,借助逻辑GHZ态、类GHZ态和Bell态等离散变量量子态,设计了三种基于离散变量的两方量子密钥协商协议,并对所提出协议进行相应的综合分析,具体研究内容如下:(1)针对粒子在量子信道中传输不可避免地受到噪声干扰和因设备缺陷而受到侧信道攻击的问题,提出了基于逻辑GHZ态和单光子的免疫集体去相位噪声的测量设备无关的两方QKA协议。协议保证所有的粒子传输能够免疫噪声干扰的同时实现了测量设备无关的功能。协议以逻辑GHZ态和单光子作为量子资源,在现有技术下易于实现,并且协议在量子效率方面有所提高。此外,综合分析表明协议不仅能够抵抗外部攻击,还能抵抗参与者攻击。(2)针对量子设备昂贵,携带不便等因素,引入半量子的概念,同时针对半量子密钥协议存在无法验证控制方的诚实性的问题,提出了一种基于委托量子测量中心的类GHZ态的半量子密钥协议。协议中,两个半量子参与方在量子云服务器和测量中心的帮助下进行密钥协商,量子服务器只需要负责制备和分发量子资源,所有复杂的测量操作都委托给量子测量中心执行。协议有诸多优势,首先,去掉了云服务器诚实或半诚实的假设,因为云服务器的不诚实可以通过委托的测量中心和经典的半量子参与方来检测。其次,经典半量子参与者通过联合测量也可以发现测量中心的不诚实。最后,即使量子云服务器和测量中心对共享密钥感兴趣,也只有经典的半量子参与者才能获得随机的共享密钥。(3)针对半量子参与方受到身份假冒攻击的问题,提出了一种基于Bell态的身份认证的半量子密钥协商协议。整个协议分为身份认证阶段和密钥协商阶段。在身份认证阶段,全量子参与方Alice对半量子参与方Bob的身份进行认证;在密钥协商阶段中,Alice和Bob使用Bell态为资源进行密钥协商。综合分析表明,该协议具有较高的量子效率,且实现了对半量子参与方的认证,具有较高的应用价值。

关键词：量子密钥协商离散变量半量子测量设备无关身份认证

实用化量子通信网络系统的参数优化与性能研究

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实用化量子通信网络系统的参数优化与性能研究

作者：李建鹏北京邮电大学

学位级别：硕士

量子密钥分发作为量子通信的一种关键技术,它将量子理论与信息论完美地结合在了一起,可以说具有理论上的绝对安全性。但是,因为那些存在缺陷的实验器件,如不完美的单光子源、低探测效率的单光子探测器等,量子密钥分发的实际应用和理论... 详细信息

量子密钥分发作为量子通信的一种关键技术,它将量子理论与信息论完美地结合在了一起,可以说具有理论上的绝对安全性。但是,因为那些存在缺陷的实验器件,如不完美的单光子源、低探测效率的单光子探测器等,量子密钥分发的实际应用和理论存在着巨大的差距。这些差距往往表现在通信系统的性能方面,比如密钥生成率和最大安全通信距离等。这差距甚至会引入安全漏洞,从而招致很多针对性的攻击,这些都会对通信过程的安全性产生极大的威胁。人们为此付出了很多努力,其中,Lo等人提出的测量设备无关的量子密钥分发（MDI-QKD）可以解决大部分的测量端漏洞,从而可以杜绝那些针对测量端的攻击。MDI-QKD也因此成为了安全性较高的、可实际部署的量子密钥分发系统。基于此,本论文对测量设备无关的量子密钥分发协议做出了进一步的研究。在本篇论文中,我们开篇介绍了本文的理论背景,介绍了量子通信的最新研究进展。并对量子密钥分发协议的发展做了一定的总结。之后,我们分别在渐进情况下以及有限数据集下详细地介绍了测量设备无关量子密钥分发的理论和协议,给出了不同情况下的密钥率公式。在渐进情况下,我们的结果显示了非对称信道下信道透射率与最佳信号强度之间的线性关系。而在有限数据集下,我们引入了标准误差分析法,并以此来分析有限码长效应下统计波动对系统性能和参数优化结果的影响。我们还介绍了一种多维编码方案MDI-QKD协议,讨论了该协议的特性并将其与普通编码方案的MDI-QKD协议进行了对比,我们结果进一步的验证了该方案的可行性。我们的分析结果可以为MDI-QKD的实验与应用提供有价值的理论参考。

关键词：量子密钥分发测量设备无关诱骗态统计波动非对称信道