量子密碼協(xié)議設(shè)計(jì)和分析.pdf

1、量子密碼是利用量子物理去實(shí)現(xiàn)密碼任務(wù)。與傳統(tǒng)密碼不同的是，量子密碼的安全性不是以計(jì)算復(fù)雜性為基礎(chǔ)，而是基于量子力學(xué)中的測(cè)不準(zhǔn)基本原理及量子不可克隆定理等。量子密碼可以提供無條件安全性和對(duì)外界擾動(dòng)的可檢測(cè)性，因而，它具有重要的戰(zhàn)略意義和巨大的應(yīng)用前景，并將在信息安全領(lǐng)域里發(fā)揮重要的作用。在過去三十年里，量子密碼發(fā)展迅速，其理論和實(shí)驗(yàn)方面都取得了重大突破。理論方面，到目前為止，已提出了多種類型的量子密碼協(xié)議。本論文針對(duì)量子密碼協(xié)議的設(shè)計(jì)和分

2、析展開研究，主要包括量子密鑰協(xié)商、量子安全直接通信、量子認(rèn)證和量子私有信息檢索等內(nèi)容，取得了若干研究成果。具體如下：
　　1.基于三粒子GHZ態(tài)設(shè)計(jì)了一個(gè)三方量子密鑰協(xié)商協(xié)議。在該協(xié)議中，三個(gè)參與者分別對(duì)GHZ態(tài)中不同粒子隨機(jī)執(zhí)行幺正操作，這使得每個(gè)參與者對(duì)最后產(chǎn)生的共享密鑰有相同的貢獻(xiàn)。安全分析表明該協(xié)議既能抵抗外部攻擊又能抵抗參與者攻擊。與Shi等人所提出的協(xié)議相比，該協(xié)議量子比特效率更高。
　　2.基于四粒子團(tuán)簇態(tài)設(shè)計(jì)

3、了一個(gè)兩方量子密鑰協(xié)商協(xié)議。在該協(xié)議中，兩個(gè)參與者分別對(duì)團(tuán)簇態(tài)中不同粒子執(zhí)行幺正操作，這確保了各方對(duì)最后產(chǎn)生的共享密鑰有相同的貢獻(xiàn)。通過對(duì)每一個(gè)團(tuán)簇態(tài)進(jìn)行測(cè)量并譯碼，雙方可以建立一個(gè)4比特的共享密鑰。安全分析表明該協(xié)議安全高效。
　　3.針對(duì)Hsueh和Chen的兩方量子密鑰協(xié)商協(xié)議中發(fā)送方可單方控制共享密鑰這一漏洞問題，給出了一個(gè)改進(jìn)協(xié)議。通過利用幺正操作去代替對(duì)發(fā)送方的誠實(shí)性檢測(cè)，使得該方案從根本上滿足了量子密鑰協(xié)商中各方需等

4、貢獻(xiàn)于共享密鑰生成這一基本要求，從而，使其抗發(fā)送方攻擊的安全性基于基本物理原理而非檢測(cè)光子技術(shù)。與已有的另一改進(jìn)協(xié)議相比，該改進(jìn)協(xié)議以更少的量子資源解決了原協(xié)議的漏洞問題，提高了協(xié)議效率。
　　4.針對(duì)Gao等人提出的受控量子安全直接通信協(xié)議中的安全漏洞問題，提出了一個(gè)改進(jìn)協(xié)議。該改進(jìn)協(xié)議通過增加控制方制備糾纏態(tài)的隨機(jī)性，有效地修復(fù)了原協(xié)議中消息發(fā)送方和接收方不受控制方控制這一漏洞。與另一改進(jìn)協(xié)議其安全性基于理想量子信道相比，我們

5、提出的改進(jìn)協(xié)議在有噪量子信道中也是安全的，因而，該協(xié)議更具有實(shí)際可行性。
　　5.基于共享量子糾纏態(tài)提出了一個(gè)具有認(rèn)證功能的量子對(duì)話協(xié)議。在該協(xié)議中，通過對(duì)共享的Bell態(tài)執(zhí)行幺正操作以編碼秘密消息和事先共享的身份認(rèn)證碼，通信雙方可以實(shí)現(xiàn)雙向身份認(rèn)證和量子對(duì)話。另外，通信中產(chǎn)生了新的身份認(rèn)證密鑰，這使得通信雙方在后續(xù)的量子對(duì)話中不再需要認(rèn)證中心的參與。與其它具有認(rèn)證功能的安全量子直接通信方案相比，該協(xié)議因其認(rèn)證與直接通信相結(jié)合而更

6、安全高效。
　　6.針對(duì)Gao等人提出的量子私有信息檢索協(xié)議通信復(fù)雜度過高的問題，通過引入置換函數(shù)，提出了一個(gè)改進(jìn)協(xié)議。所提出的改進(jìn)協(xié)議有兩大優(yōu)點(diǎn)：一、通信復(fù)雜度更低。置換函數(shù)的采用使得協(xié)議中所需生成的原密鑰從kN個(gè)比特降低至N個(gè)比特。二、靈活性更強(qiáng)。當(dāng)通信中出現(xiàn)用戶關(guān)于最終密鑰沒有獲知確定性比特的情況時(shí)，原協(xié)議中，通信雙方需放棄整個(gè)通信，從頭開始，而在我們的改進(jìn)協(xié)議中，不需放棄通信，通過重新選取置換函數(shù)，便可產(chǎn)生新的最終密鑰串，