基于BB84协议的量子密码通信的研究与实现

西安电子科技大学

硕士学位论文

基于BB84协议的量子密码通信的研究与实现

姓名：陈鑫

申请学位级别：硕士

专业：通信与信息系统

指导教师：裴昌幸

20090101

量子纠缠及其在量子通信中的应用

量子纠缠及其在量子通信中的应用 吴家燕物理学专业15346036 摘要 量子理论为我们描绘了一幅与我们容易感知的由经典力学统治的现实世界有大不同的量子世界图象，而量子纠缠是量子世界特有的现象，在经典世界中没有对应。纠缠态的制备和各种测量仍然是现在前沿研究的一个热点话题。这小小的量子纠缠正在当今世界中，从量子密码到完全保密的量子通信，从量子计算机到未来的量子互联网，给人类带来新的希望。 关键词 量子纠缠量子比特量子隐形量子密钥量子通信 正文 量子纠缠现象 史上最怪、最不合理、最疯狂、最荒谬的量子力学预测便是“量子纠缠”。量子纠缠是一种理论性的预测，它是从量子力学的方程式中得来的。如果两个粒子的距离够近，它们可以变成纠缠状态而使某些性质连接。出乎意料的是，量子力学表明，即便你将这两个粒子分开，让它们以反方向运动，它们依旧无法摆脱纠缠态。 以电子的“自旋”作例子，电子的自旋直到你观测它的那一刻才能决定，当你观测它时，就会发现它不是顺时针转就是逆时针转。假设有两个互相纠缠的电子对，当其中一个顺时针转时，另一个就逆时针转，反之亦然。不过奇怪之处是它们并没有真正连接在一起。对量子理论坚信不疑的波尔和他的同事们相信，量子纠缠可以预测相隔甚远的电子对的状态，即便它们一个在地球，一个在月球，没有传输线相连，如果你在某个时刻观测到其中一个电子在顺时针旋转，那么另一个在同一时刻必定是在逆时针旋转。换句话说，如果你对其中一个粒子进行观测，那么你不止是影响了它，你的观测也同时影响了它所纠缠的伙伴，而且这与两个粒子间的距离无关。两个粒子的这种怪异的远距离连接，爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”。 波尔所拥护的量子力学方程式表明，相互纠缠的粒子即使相距很远，也可以互相连接。而克劳泽与阿斯佩的实验证明了量子力学的方程是正确的，纠缠是真实的，粒子可以跨越空间连接——对其一进行测量，确实可以瞬间影响到它远方的同伴，仿佛跨越了空间限制。 量子纠缠态特性 经典信息的基本单元是比特（bit），它是一个两态系统，可制备为两个可识别状态中的一个，例如：0或1。量子信息的基本单元称为量子比特（qubit），它也是一个两态系统，且是两个线性独立的态。量子比特的两个可能状态可表示为：|0>和|1>。量子比特和比特之间的最大区别在于量子比特还可以处在|0>和|1>之间的叠加态（superposition）上，因此量子比特的状态可看成是二维复向量空间中的单位向量。比特可以看成是量子比特的特例。 信息用量子态来表示便实现了信息的“量子化”，这是量子信息学的出发点。信息一旦量子化，量子力学特性便成为信息处理过程的物理基础：信息的演化遵从薛定谔方程，信息的传输就是量子态在量子通道中的传送，信息处理和计算是对量子态的幺正变换，信息提取则是对量子系统实行量子测量。

基于团簇态的量子安全直接通信理论研究

基于团簇态的量子安全直接通信理论研究 量子安全直接通信是一种新颖的量子通信模式,其最大的特点是在量子信道中直接传输秘密信息,具有高安全性、高容量等优点。自2000年量子安全直接通信的概念被提出以来,量子安全直接通信得到了快速的发展。量子纠缠在量子安全直接通信中起着重要作用,根据量子纠缠的关联性和不可克隆性原理,利用不 同的纠缠态和不同的方法完成量子通信。团簇态拥有最大联通性和持续纠缠性,把团簇态用于量子通信在理论上无疑优越于其他的纠缠态,有利于确保量子通信、计算的有效性和正确性。 提出了一种基于四粒子团簇态的量子安全直接通信协议,实现了4比特秘密信息的传输。同时,恢复秘密信息时为解密出秘密信息又提出了一种对四粒子系统的一组测量基进行测量区分的方法,即把对4粒子测量基矢的区分转化为对2 粒子进行联合测量即可。安全性分析证明该协议可有效抵抗截获-重发攻击、截获-测量攻击、纠缠-测量攻击等。除去用于检测窃听的粒子,理想情况下,协议的量子比特效率接近于1。 该协议不需要对量子态进行纠缠交换等复杂操作,初态无需保密,减少了传 输过程的复杂性。提出了一种基于五粒子团簇态的量子安全直接通信协议,实现了5比特秘密信息的传输。同时,恢复秘密信息时为解密出秘密信息又提出了一种对五粒子系统的一组测量基进行测量区分的方法,即把对5粒子测量基矢的区分转化为对2粒子进行联合Bell基和对3粒子进行联合测量即可。安全性分析证明本协议是安全的。 利用四粒子团簇态的关联性建立量子信道,提出了一种高效的基于团簇态的可控量子安全直接通信协议。协议中量子信息载体以一定数量构成的块为单位来进行传输,而且除了用于检测窃听的,所有的粒子都被用于传递信息,利用一个四粒子团簇态可以传输4比特的秘密信息,协议量子比特效率较高,安全性分析证 明本协议是安全的。

量子密码导论

量子密码学导论期末论文 量子密码的简单介绍和发展历程及其前景 0引言 保密通信不仅在军事、社会安全等领域发挥独特作用，而且在当今的经济和日常通信等方面也日渐重要。在众多的保密通信手段中，密码术是最重要的一种技术措施。 经典密码技术根据密钥类型的不同分为两类:一类是对称加密(秘密钥匙加密)体制。该体制中的加解密的密钥相同或可以互推，收发双方之间的密钥分配通常采用协商方式来完成。如密码本、软盘等这样的密钥载体，其中的信息可以被任意复制，原则上不会留下任何印迹，因而密钥在分发和保存过程中合法用户无法判断是否已被窃听。另一类是非对称加密(公开密钥加密)体制。该体制中的加解密的密钥不相同且不可以互推。它可以为事先设有共享密钥的双方提供安全的通信。该体制的安全性是基于求解某一数学难题，随着计算机技术高速发展，数学难题如果一旦被破解，其安全性也是令人忧心的。

上述两类密码体系的立足点都是基于数学的密码理论。对密码的破解时间远远超出密码所保护的信息有效期。其实，很难破解并不等于不能破解，例如，1977年，美国给出一道数学难题，其解密需要将一个129位数分解成一个64位和一个65位素数的乘积，当时的计算机需要用64?10年，到了1994年，只用了8个月就能解出。 经典的密码体制都存在被破解的可能性。然而，在量子理论支配的世界里，除非违反自然规律，否则量子密码很难破解。量子密码是量子力学与信息科学相结合的产物。与经典密码学基于数学理论不同，量子密码学则基于物理学原理，具有非常特殊的随机性，被窃听的同时可以自动改变。这种特性，至少目前还很难找到破译的方法和途径。随着量子信息技术的快速发展，量子密码理论与技术的研究取得了丰富的研究成果。量子密码的安全性是基于Heisenberg 测不准原理、量子不可克隆定理和单光子不可分割性，它遵从物理规律，是无条件安全的。文中旨在简述量子密码的发展历史，并总结量子密码的前沿课题。 1 量子密码学简介 量子密码学是当代密码理论研究的一个新领域，它以量子力学为基础，这一点不同于经典的以数学为基础的密码体制。量子密码依赖于信息载体的具体形式。目前，量子密码中用于承载信息的载体主要有光子、微弱激光脉冲、压缩态光信号、相干态光信号和量子光弧子信号，这些信息载体可通过多个不同的物理量描述。在量子密码中，一般用具有共轭特性的物理量来编码信息。光子的偏振可编码为量子比特。量子比特体现了量子的叠加性，且来自于非正交量子比特信源的量子比特是不可克隆的。通过量子操作可实现对量子比特的密码变换，这种变换就是矢量的线性变换。不过变换后的量子比特必须是非正交的，才可保证安全性。一般来说，不同的变换方式或者对不同量子可设计出不同的密码协议或者算法，关键是所设计方案的安全性。 在量子密码学中，密钥依据一定的物理效应而产生和分发，这不同于经典的加密体制。目前，在经典物理学中，物体的运动轨迹仅山相应的运动方程所描述和决定，不受外界观察者观测的影响。但是在微观的量子世界中，观察量子系统的状态将不可避免地要破坏量子 系统的原有状态，而且这种破坏是不可逆的。信息一旦量子化，量子力学的特性便成为量子信息的物理基础，包括海森堡测不准原理和量子不可克隆定理。量子密钥所涉及的量子效应主要有： 1. 海森堡不确定原理：源于微观粒子的波粒二象性。自由粒子的动量不变，自由粒子同时 又是一个平面波，它存在于整个空间。也就是说自由粒子的动量完全确定，但是它的位置完全不确定. 2. 在量子力学中，任意两个可观测力学量可由厄米算符A B ∧∧来表示，若他们不对易，则不 能有共同的本征态，那么一定满足测不准关系式： 1,2A B A B ? ∧∧∧∧????≥ ||???? 该关系式表明力学量A ∧和B ∧不能同时具有完全确定的值。如果精确测定具中一个量必然无法精确测定以另一个力学量，即测不准原理。也就是说，对任何一个物理量的测量，都

量子密码中BB84协议的信息论研究_曾贵华

短 文 量子密码中BB84协议的信息论研究 曾贵华1,王新梅2,诸鸿文1 (1.上海交通大学电子工程系,上海200030; 2.西安电子科技大学ISN 理论与关键技术国家重点实验室,陕西　西安710071) 摘　要:本文在量子密码中首次引入量子测量信道的概念,并以此计算了量子保密通信中敌手所 能获得的信息量,从而为合法者的安全通信和对敌手的检测提供理论依据和标准。 关键词:量子密码学;量子信息论;量子测量信道;量子平均互信息量 中图分类号:TN918.1 文献标识码:A 文章编号:1000-436X (2000)06-0070-04 Information investigation for BB84 protocol in quantum ceyptography ZENG Gui -hua 1,WANG Xin -mei 2,ZHU Hong -wen 1 (1.El ectronical Engineer Department of Shanghai Jiaotong University ,Shanghai 200030,China ; 2.National Key Laboratory on ISN ,Xidian University ,Xi 'an 710071,China ) A bstract :In this paper ,we propose an information theory of quantum cryptography by intruducing the quantum measurement channel .The mutual information is calculated ,and a new criteria for checking Eve is estimated Key words :quantu m cryptography ;quantum information theroy ;quantum meas urement channel ;quantum mutual information 1　引言 利用量子物理现象和效应对信息进行保密是1969年哥伦比亚大学的S .Wiesner 首先提出的[1]。遗憾的是,他的这一思想在当时没有被人们接受。十年后,IB M 公司的C .H .Bennett 和加拿大Montreal 大学的G .Brassard 重新捡起这一工作,并在此基础上提出了量子密码(quantum cryptography )的概念[2,3],于1984年提出第一个量子密钥分发协议,简称BB84协议[4]。1989年, IB M 公司和Montreal 大学合作首次完成了量子密码学中的第一个实验,对BB84协议从实验上做了验证[5] ,该实验中光子在自由空间中的通信距离只有32cm 。1997年,文献[6]将光子在自由空间中的通信距离延伸到了205m 。在光纤中,文献[7]利用4个光子极化态进行量子保密通信,其距离达1km ,接着英国电信局(British telecom )将光纤中通信距离延长到超过30km 。目前更大的计划在欧洲进行。 量子密码以量子力学为基础,这一点不同于以往的以数字为基础的密码体制。由于量子密码的安全性得到了测不准原理或量子相干性的保证,这种体制具有可证明的安全性,同时还能对窃听者的行为很容易地进行检测。这些特性使得量子密码具有以往密码体制所没有的优收稿日期:1999-03-29;修订日期:2000-03-22基金项目:国家自然科学基金资助项目(69803008)2000年6月第21卷　第6期 通　信　学　报J OUR NAL O F CHINA INSTITUTE OF COM MUNICATIONS Vol .21No .6J une 2000

量子加密技术

量子加密技术 摘要 自从BB84量子密钥分配协议提出以来,量子加密技术得到了迅速发展,以加密技术为基础的量子信息安全技术也得到了快速发展。为了更全面地、系统地了解量子信息安全技术当前的发展状况和以后发展的趋势,文中通过资料查新,以量子加密技术为基础,阐述了量子密钥分配协议及其实现、量子身份认证和量子数字签名、量子比特承诺等多种基于量子特性的信息安全技术的新发展和新动向。 关键词:信息安全;量子态;量子加密;量子信息安全技术

一、绪论 21世纪是信息技术高速进步的时代，而互联网技术为我们带来便捷和海量信息服务的同时，由于我们过多的依赖网络去工作和生活，网络通信、电子商务、电子金融等等大量敏感信息通过网络去传播。为了保护个人信息的安全性，防止被盗和篡改，信息加密成为解决问题的关键。那么是否有绝对可靠的加密方法，保证信息的安全呢？ 随着社会信息化的迅猛发展，信息安全问题日益受到世界各国的广泛关注。密码作为信息安全的重要支撑而备受重视，各国都在努力寻找和建立绝对安全的密码体系。而量子信息尤其是量子计算研究的迅速发展，使现代密码学的安全性受到了越来越多的挑战。与现代密码学不同的是，量子密码在安全性和管理技术方面都具有独特的优势。因此，量子密码受到世界密码领域的高度关注，并成为许多发达国家优先支持的重大课题。 二、量子加密技术的相关理论 1、量子加密技术的起源 美国科学家Wiesner首先将量子物理用于密码学的研究之中，他于 1969 年提出可利用单量子态制造不可伪造的“电子钞票”。1984 年，Bennett 和Brassard 提出利用单光子偏振态实现第一个 QKD（量子密钥分发）协议—BB84 方案。1992年，Bennett 又提出 B92 方案。2005 年美国国防部高级研究计划署已引入基于量子通信编码的无线连接网络，包括 BBN 办公室、哈佛大学、波士顿大学等 10个网络节点。2006 年三菱电机、NEC、东京大学生产技术研究所报道了利用 2个不同的量子加密通信系统开发出一种新型网络，并公开进行加密文件的传输演示。在确保量子加密安全性的条件下，将密钥传输距离延长到200km。 2、量子加密技术的概念及原理 量子密码，是以物理学基本定律作为安全模式，而非传统的数学演算法则或者计算技巧所提供的一种密钥分发方式，量子密码的核心任务是分发安全的密钥，建立安全的密码通信体制，进行安全通讯。量子密码术并不用于传输密文,而是用于建立、传输密码本。量子密码系统基于如下基本原理:量子互补原理(或称量子不确定原理),量子不可克隆和不可擦除原理,从而保证了量子密码系统的不可破译性。 3、基于单光子技术（即BB84协议）的量子密码方案主要过程: a)发送方生成一系列光子,这些光子都被随机编码为四个偏振方向; b)接收方对接收到的光子进行偏振测量; c)接收方在公开信道上公布每次测量基的类型及没测量到任何信号的事件序列,但不公布每次有效测量事件中所测到的具体结果; d)如果没有窃听干扰,则双方各自经典二进制数据系列应相同。如果有窃听行为,因而将至少导致发送方和接收方有一半的二进制数据不相符合,得知信息有泄露。 4、量子密码系统的安全性。 在单光子密码系统中,通讯密钥是编码在单光子上的,并且通过量子相干信道传送的。因此任何受经典物理规律支配的密码分析者不可能施行在经典密码系统中常采用的攻击方法:

量子密钥分配协议SARG04的性能研究报告

课程设计（论文） 课程名称：科研训练 题目：量子密钥分配协议SARG04的性能研究 院（系）：机械电子工程系 专业班级：通信1102班 姓名：党浩 学号：201106020211 指导教师：董颖娣 2013 年7 月9 日

西安建筑科技大学科研训练（论文）任务书 专业班级：通信1102班级学生姓名：党浩指导教师（签名）： 一、科研训练（论文）题目 量子密钥分配协议SARG04的性能研究 二、本次科研训练（论文）应达到的目的 通过参与科学研究，使学生得到科研工作的基本训练，开创新的教学模式；促进科研与学习相结合，培养学生的科研意识、团队精神、科研能力和综合素质，使学生逐步形成严谨的科学研究作风和学术道德品质 三、本次科研训练（论文）任务的主要内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求等） 1、掌握量子密码通信的基本原理 2、理解常用的量子密钥分配协议SARG04性能及基本流程 3、理解量子密钥分配协议SARG04在实验中实现过程 4、给出量子密钥分配协议SARG04的性能研究报告 四、应收集的资料及主要参考文献： 1、《量子信息讲座》郭光灿 2、《量子通讯和量子计算》国防科技大学出版社，李承祖 3、《量子密码的实验研究》中国科学技术大学博士论文，莫小范 4、《诱骗态量子密钥分配的理论研究》国防科技大学硕士论文，孙仕海 五、审核批准意见 教研室主任（签字）

目录 摘要 (4) 科研训练目的 (4) 量子密码通信概念 (5) 量子密码通信的基本原理 (6) （一）态的叠加原理 (7) （二）不可克隆原理 (8) 量子密钥分配协议SARG04在实验中实现过程 (9) 量子密钥分配协议SARG04的性能研究报告 (11) 结论与展望 (13) 参考文献 (15)

浅谈量子通信技术

题目浅谈量子通信技术课程现代通信技术基础班级 学号 姓名 指导老师 2011 年12月10日

浅谈量子通信技术 摘要：量子通信（Quantum Teleportation）是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。量子通讯是近二十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。量子通信主要涉及：量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等，近来这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展。高效安全的信息传输日益受到人们的关注。基于量子力学的基本原理，量子通信具有高效率和绝对安全等特点，并因此成为国际上量子物理和信息科学的研究热点。 关键词语: 量子通信量子力学 1、引言 量子通信系统的基本部件包括量子态发生器、量子通道和量子测量装置。按其所传输的信息是经典还是量子而分为两类。前者主要用于量子密钥的传输，后者则可用于量子隐形传态和量子纠缠的分发。所谓隐形传送指的是脱离实物的一种“完全”的信息传送。从物理学角度，可以这样来想象隐形传送的过程：先提取原物的所有信息，然后将这些信息传送到接收地点，接收者依据这些信息，选取与构成原物完全相同的基本单元，制造出原物完美的复制品。但是，量子力学的不确定性原理不允许精确地提取原物的全部信息，这个复制品不可能是完美的。因此长期以来，隐形传送不过是一种幻想而已。 2、量子通信的的提出 自1 9世纪进入通信时代以来,人们就梦想着像光速一样(甚至比光速更快)的通信方式.在这种通信方式下,信息的传递不再通过信息载体(如电磁波)的直接传输,也不再受通信双方之间空间距离的限制,而且不存在任何传输延时,它是一种真正的实时通信.科学家们试图利用量子非效应或量子效应来实现这种通信方式,这种通信方式被称为量子通信.与成熟的通信技术相比,量子通信具有巨大的优越性,已成为国内外研究的热点.近年来在理论和实践上均已取得了重要的突破,引起各国政府、科技界和信息产业界的高度重视.从人类信息交流

经典保密通信和量子保密通信区别

经典保密通信和量子保密通信区别 摘要：文章介绍了经典保密通信和量子保密通信区别，说明了两者的根本区别。经典保密通信安全性主要是依赖于完全依赖于密钥的秘密性，很难保证真正的安全。而量子密码通信是目前科学界公认唯一能实现绝对安全的通信方式，其主要依赖于基本量子力学效应和量子密钥分配协议。最后分析量子保密通信的前景和所要解决的问题。 关键词:量子通信、经典保密通信、量子保密通信、量子通信发展、量子通信前景 经典保密通信 一般而言，加密体系有两大类别，公钥加密体系与私钥加密体系。密码通信是依靠密钥、加密算法、密码传送、解密、解密算法的保密来保证其安全性. 它的基本目的使把机密信息变成只有自己或自己授权的人才能认得的乱码。具体操作时都要使用密码讲明文变为密文，称为加密，密码称为密钥。完成加密的规则称为加密算法。讲密文传送到收信方称为密码传送。把密文变为明文称为解密，完成解密的规则称为解密算法。如果使用对称密码算法，则K＝K’ , 如果使用公开密码算法，则K 与K’不同。整个通信系统得安全性寓于密钥之中。公钥加密体

系基于单向函数(one way function)。即给定x，很容易计算出F (x)，但其逆运算十分困难。这里的困难是指完成计算所需的时间对于输入的比特数而言呈指数增加。 另一种广泛使用的加密体系则基于公开算法和相对前者较短的私钥。例如DES (Data Encryption Standard, 1977)使用的便是56位密钥和相同的加密和解密算法。这种体系的安全性，同样取决于计算能力以及窃听者所需的计算时间。事实上，1917年由Vernam提出的“一次一密乱码本”(one time pad) 是唯一被证明的完善保密系统。这种密码需要一个与所传消息一样长度的密码本，并且这一密码本只能使用一次。然而在实际应用中，由于合法的通信双方(记做Alice和Bob)在获取共享密钥之前所进行的通信的安全不能得到保证，这一加密体系未能得以广泛应用。 传统的加密系统，不管是对密钥技术还是公钥技术，其密文的安全性完全依赖于密钥的秘密性。密钥必须是由足够长的随机二进制串组成，一旦密钥建立起来，通过密钥编码而成的密文就可以在公开信道上进行传送。然而为了建立密钥，发送方与接收方必须选择一条安全可靠的通信信道，但由于截收者的存在，从技术上来说，真正的安全很难保证，而且密钥的分发总是会在合法使用者无从察觉的情况下被消极监听。 量子保密通信 量子密码学的理论基础是量子力学，而以往密码学的理

量子通信技术发展现状及面临的问题研究_徐兵杰

doi：10．3969/j．issn．1002－0802．2014．05．001 量子通信技术发展现状及面临的问题研究 徐兵杰1，刘文林2，毛钧庆3，杨燕3 （1．保密通信实验室，四川成都610041；2．解放军95830部队，北京100093；3．解放军91746部队，北京102206） 摘要：量子通信具有更高的传输速率和更可靠的保密性，是世界各国正在研究和发展的通信技术热点之一。首先介绍量子通信技术的基本概念、发展历程、系统架构、特点优势，然后重点阐述国内外量子密钥分配、量子隐形传态、量子安全直接通信、量子机密共享等技术的研究进展情况，最后分析量子通信技术研究和发展过程中面临的困难及局限。 关键词：量子通信密钥分配隐形传态机密共享 中图分类号：TN91文献标志码：A文章编号：1002－0802（2014）05－0463－06 Ｒesearch on Development Status and Existing Problems of Quantum Communication Technology XU Bing－jie1，LIU Wen－lin2，MAO Jun－qing3，YANG yan3 （1．Science and Technology on Communication Security Laboratory，Chengdu Sichuan610041，China； 2．Unit95830of PLA，Beijing100093，China；3．Unit91746of PLA，Beijing102206，China）Abstract：Quantum communication is a new communication technology under research and development，which possesses higher transmission rate and reliable secure communication advantages．This paper intro-duces the concepts，development，system architecture，features and advantages of quantum communication technologies firstly．Then it focuses on demonstrating the technology research progress of quantum commu-nication，such as quantum key distribution，teleportation，secure direct communication and secret sharing．Finally，the research and development difficulties of quantum communication technology and limitations are analyzed in this paper． Key words：quantum communication；key distribution；teleportation；secret sharing 0引言 量子通信基于量子力学原理，将微观世界的物质特性运用到通信技术上，在高速传输和高可靠保密通信方面具有优势，成为当今通信技术领域的研究热点之一。世界各国纷纷投入大量的人力和物力进行研究和开发，在理论研究和实验技术上均取得了重大突破。 1量子通信技术 1．1基本概念 量子通信是利用量子相干叠加、量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通信技术，由量子论和信息论相结合而产生［1］。从物理学角度看，量子通信是在物理极限下利用量子效应现象完成的高性能通信，从物理原理上确保通信的绝对安全，解决了通信技术无法解决的问题，是一种全新的通信方式［2］。从信息学角度看，量子通信是利用量子不可克隆或者量子隐形传输等量子特性，借助量子测量的方法实现两地之间的信息数据传输。量子通信中传输的不是经典信息，而是量子态携带的量子信息，是未来通信技术的重要发展方向。 1．2发展历程 量子通信的研究发展起步于20世纪80年代［3］。1969年，美国哥伦比亚大学Wiesner提出采用量子力学理论保护信息安全的设想。1979年，美国IBM公司的Bennett和加拿大蒙特利尔大学的Brassard提出了将Wiesner的设想用于通信传输的 第47卷第5期2014年5月 通信技术 Communications Technology Vol．47No．5 May．2014

量子密码

量子密码 摘要 论文说明了量子密码的现实可行性与未来可行性，强调了量子密码比传统密码和公开密钥更加方便和安全，探讨了量子密码的理论基础与试验实践。密码技术是信息安全领域的核心技术，在当今社会的许多领域都有着广泛的应用前景。量子密码术是密码技术领域中较新的研究课题，它的发展对推动密码学理论发展起了积极的作用。量子密码技术是一种实现保密通信的新方法，它比较于经典密码的最大优势是具有可证明安全性和可检测性，这是因为量子密码的安全性是由量子物理学中量子不可克隆性Heisenburg 测不准原理来保证的，而不是依靠某些难解的数学问题。自从BB84量子密钥分配方案提出以来，量子密码技术无论在理论上还是在实验上都取得了大量研究成果。 关键词：密码学；量子；偏光器；金钥；量子密码；金钥分配 目录 1.密码学原理............................................................................................................. - 2 - 1.1密码学概念...................................................................................................... - 2 - 1.2对称密钥.......................................................................................................... - 2 - 1.3公开密钥.......................................................................................................... - 2 - 2.量子密码学原理.................................................................................................... - 2 - 2.1量子密码学概念.............................................................................................. - 2 - 2.2量子密码工作原理.......................................................................................... - 3 - 2.3量子密码理论基础.......................................................................................... - 4 - 2.4试验与实践...................................................................................................... - 5 - 3.结论 ........................................................................................................................... - 5 - 参考文献................................................................................................................ - 6 -

量子通信技术的应用

量子通信技术的应用 量子通信（Quantum Teleportation）是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。量子是不可分的最小能量单位，“光量子”即为光的最小能量单位。在量子世界中，存在着一种“纠缠”效应，所谓量子纠缠指的是两个或多个量子系统之间存在非定域、非经典的强关联。这种“纠缠”效应能够在两个完全相同的某量子态粒子之间建立某种联系，当其中一个的状态发生变化时，另一个也会发生相同的变化，而且这种变化与时间和空间无关。另外由于对粒子的任何测量都会导致其量子态的变化，所以同时这种变化时不可能被第三者所知获的。利用量子的纠缠效应，我们可以进行绝密和瞬时的通信。 具有两个偏振方向的光子可以认为是一个双态系统。这两个状态可以分别对应目前使用的数据通信中的“0”和“1”。这里以一个简单的双态系统为例，对于处于纠缠态的两个粒子，一旦对其中一个粒子进行测量，确定了它的状态，那么就可以立即获得另一个粒子所处的状态，这一特性称为量子隐形传态。要想实现量子通信，首先需要通信终端共享成对缠结在一起的相同粒子(即纠缠粒子对)，然后对量子态进行信息处理，只要一个粒子的量子态变化，必然影响到另一个与之处于纠缠态的粒子。量子态是信息的载体，只要完成对粒子的量子态的操纵，就可以实现量子信息的传输。 量子通信是通信技术上的又一次划时代革命，具有广泛的应用前景。首先，量子通信可以满足空间远距离、大容量、易组网等方面的要求，量子通信可以用来构筑高速、大容量的通信网络，实现高清晰度图像等大容量超高速数据的传输，为建立量子因特网奠定了坚实的基础。量子通信的传输速率理论上可以与粒子的震动频率相等，这意味着其传输速率可以达到万亿Gbit/s，这对于解决目前的通信带宽瓶颈有着重要的意义。在经典信息论中，传输速率和带宽需要满足香农公式，而信噪比不可能达到无限大，故而传输的速率一定会受到带宽的制约。量子通信突破了香农公式的制约，将带宽和传输速率提高到无限。 其次量子通信可以实现完全保密通信，这使得量子通信在军事、国防、国民经济建设等领域都有重要作用。在目前的通信模式中，就连保密性最高的光纤通信，也存在被窃听的可能性。由于量子纠缠效应严格的应用条件，任何窃听的尝

什么是量子通信技术

什么是量子通信技术？ 它的过去，现在，未来如何？ 量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。量子通讯是近二十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。量子通信主要涉及:量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等，近来这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展。高效安全的信息传输日益受到人们的关注。基于量子力学的基本原理，并因此成为国际上量子物理和信息科学的研究热点。主要包括量子通信和量子计算2个领域。量子通信主要研究量子密码、量子隐形传态、远距离量子通信的技术等等;量子计算主要研究量子计算机和适合于量子计算机的量子算法。 量子通信具有高效率和绝对安全等特点，是此刻国际量子物理和信息科学的研究热点。追溯量子通信的起源，还得从爱因斯坦的"幽灵"--量子纠缠的实证说起。 由于人们对纠缠态粒子之间的相互影响一直有所怀疑，几十年来，物理学家一直试图验证这种神奇特性是否真实。 1982年，法国物理学家艾伦·爱斯派克特(Alain Aspect)和他的小组成功地完成了一项实验，证实了微观粒子"量子纠缠"(quantum entanglement)的现象确实存在，这一结论对西方科学的主流世界观产生了重大的冲击。从笛卡儿、伽利略、牛顿以来，西方科学界主流思想认为，宇宙的组成部份相互独立，它们之间的相互作用受到时空的限制(即是局域化的)。量子纠缠证实了爱因斯坦的幽灵--超距作用(spooky action in a distance)的存在，它证实了任何两种物质之间，不管距离多远，都有可能相互影响，不受四维时空的约束，是非局域的(nonlocal)，宇宙在冥冥之中存在深层次的内在联系。

量子密码学报告

量 子 密 码 学 报 告 班级_ 学号_ 姓名_ 指导老师_ 年月日

目录 一，绪论。 (3) 1.1 研究背景。 (3) 二，量子简介。 (3) 2.1量子的特性。 (3) 2.2量子算法介绍。 (4) 2.3实现量子计算的困境。 (4) 三．量子力学在密码学中的应用。 (5) 3.1量子密码协议. (5) 四，基于量子隐形传态原理的安全通信介绍。 (7) 五，参考文献。 (9)

一，绪论。 1.1 研究背景。 电子计算机的产生，使得密码学从机械时代发展到了计算机时代。计算机的计算能力影响着密码系统的设计者，也影响了密码系统的攻击者。 电子计算机的计算能力存在瓶颈。根据摩尔定律，在一块固定面积的芯片上，被集成的晶片的数量以一到两年的时间增加一倍。问题是芯片的密度受到一定的物理限制，这样限制了进晶片的数量，连带也限制了电子计算机的计算速度。当芯片密度越来越大，晶片之间的距离以纳米来计算的话，就会出现量子效应。 这样，量子计算机就诞生了！ 现在的密码学说研究的，很大的一部分是在加长密钥位数，或者多次加密方面。但是香农的完全加密理论指出：一个加密系统要达到完全加密的要求，密钥的长度要与明文的长度一样长。这是不现实的！ 即便是公钥密码体制，由于密钥安全是基于大数分解的，随着计算能力的快速发展，也会变得很不安全。 于是，量子密码学从此出现在世人的眼中。 二，量子简介。 2.1量子的特性。 1)传统意义上，任何粒子都处在一个明确的状态，是否测量都不会改变状态。 2)量子力学：量子同时处在不同的状态，只是这些状态各自有不同的发生概率（量子叠加性），但是一旦被测量，状态就被确定（量子态的坍缩）。 利用量子作出的单一位元，就称为量子位元（Quantum Bit，Qubit）。

全球量子保密通信技术进展研究

Computer Science and Application 计算机科学与应用, 2017, 7(1), 74-87 Published Online January 2017 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/3b2213753.html,/journal/csa https://www.wendangku.net/doc/3b2213753.html,/10.12677/csa.2017.71010 文章引用: 李宏欣, 李瞻, 闫宝, 韩宇, 王伟, 山灵. 全球量子保密通信技术进展研究[J]. 计算机科学与应用, 2017, Technology Development Analysis of Global Quantum Private Communication Hongxin Li 1,2, Zhan Li 1, Bao Yan 1, Yu Han 1, Wei Wang 1, Ling Shan 3 1Department of Language Engineering, PLA University of Foreign Languages, Luoyang Henan 2 State Key Laboratory of Mathematical Engineering and Advanced Computing, Zhengzhou Henan 3 College of Animal Science and Technology, Henan University of Science and Technology, Luoyang Henan Received: Jan. 6th , 2017; accepted: Jan. 21st , 2017; published: Jan. 24th , 2017 Abstract With the rapid development of Information Technology (IT), people pay more attention to the confidentiality of network communications. As a result, higher safety requirement is in urgent need for encryption systems. The birth of quantum cryptography drawing great attention at home and abroad can tackle the problem perfectly, since the ideal quantum private communication possesses theoretically unconditional security. This paper mainly introduces the latest progress on quantum cryptography experiment, quantum cryptography network and quantum cryptogra-phy product, possessing important reference value. Keywords Quantum Private Communication, Quantum Key Distribution, Latest Development, Applications 全球量子保密通信技术进展研究 李宏欣1,2，李 瞻1，闫 宝1，韩 宇1，王 伟1，山 灵3 1解放军外国语学院语言工程系，河南 洛阳 2 数学工程与先进计算国家重点实验室，河南 郑州 3 河南科技大学动物科技学院，河南 洛阳 收稿日期：2017年1月6日；录用日期：2017年1月21日；发布日期：2017年1月24日 摘 要 随着互联网信息技术日新月异的发展，人们对于通信保密性的要求越来越高，从而对于加密体制的安全

量子保密通信

量子保密通信 目录 绪言 (2) 第一章 保密通信 (3) 1.1 引言 (3) 1.2 经典保密通信 (3) 1.3 量子保密通信 (4) 1.4 量子密钥分配原理 (5) (7) 第二章 量子密钥分配协议 2.1 引言 (7) 2.2 BB84 量子密钥分配协议 (7) 2.3 B92量子密钥分配协议 (10) 2.4 EPR量子密钥分配协议 (11) 2.5 4+2量子密钥分配协议 (13) 第三章 量子通信传输流程 (14) 3.1 引言 (14) 3.2 量子传输 (14) 3.3 筛选数据(Distill data) (15) 3.4 数据纠错(Error Correction) (15) 3.5 保密增强(Privacy Amplification) (16) 3.6身份认证(Identify Authentication) (16) 第四章 量子密钥分配系统 (17) 4.1 引言 (17) 4.2 双MZ干涉仪系统 (17) 4.3 即插即用系统 (18) 4.4 基于VPN网络的量子通信系统 (19) (21) 跋 参考文献 (21)

第一章保密通信 1.1 引言 传统的加密系统，不管是对密钥技术还是公钥技术，其密文的安全性完全依赖于密钥的秘密性。密钥必须是由足够长的随机二进制串组成，一旦密钥建立起来，通过密钥编码而成的密文就可以在公开信道上进行传送。然而为了建立密钥，发送方与接收方必须选择一条安全可靠的通信信道，但由于截收者的存在，从技术上来说，真正的安全很难保证，而且密钥的分发总是会在合法使用者无从察觉的情况下被消极监听。 近年来，由于量子力学和密码学的结合，诞生了量子密码学，它可完成仅仅由传统数学无法完成的完善保密系统。量子密码学是在量子理论基础上提出了一种全新的安全通信系统，它从根本上解决量子特性不可忽视，测量动作是量子力学的一个组成部分。在这些规律中，对量子密码学起关键作用的是Heisenberg测不准原理，即测量量子系统时通常会对该系统产生干扰，并产生出关于该系统测量前状态的不完整信息，因此任何对于量子信道进行监测的努力都会以某种检测的方式干扰在此信道中传输的信息。 1.2 经典保密通信 一般而言，加密体系有两大类别，公钥加密体系与私钥加密体系。经典保密通信原理如下图1一1所示: 密码通信是依靠密钥、加密算法、密码传送、解密、解密算法的保密来保证其安全性.它的基本目的使把机密信息变成只有自己或自己授权的人才能认得的乱码。具体操作时都要