BB84量子密鑰協(xié)議的研究及改進.pdf

1、量子密碼從提出理論設(shè)想到如今建立起實用的密鑰分發(fā)系統(tǒng)，在并不是很長的時間內(nèi)，取得了令人矚目的發(fā)展與進步。在國外，英國BT買驗早已實現(xiàn)量于密鑰傳輸，傳輸距離達55 km。國內(nèi)由于起步較晚和硬件上的一些限制，量子密鑰技術(shù)的研究還處于發(fā)展階段。原BB84協(xié)議存在的一些問題，在學(xué)術(shù)界引起來越來越多的討論與研究，其中就包括密鑰分發(fā)速度、身份認(rèn)證、通信安全性問題。
　　 在BB84密鑰協(xié)議中，量子通信實際上由兩個階段完成：第一階段通過量子信

2、道進行量子通信，進行密鑰的通信；第二階段在經(jīng)典信道中進行，主要負(fù)責(zé)密鑰的協(xié)商，探測竊聽者是否存在，然后確定最后的密鑰。量子密鑰協(xié)議的無條件安全性能主要建立在量子不可克隆定理和海森堡的測不準(zhǔn)原理兩大理論基礎(chǔ)之上，也正是由于量子的這兩種特性導(dǎo)致在BB84協(xié)議中存在了傳輸效率低下、操作復(fù)雜、假冒身份攻擊等方面的問題。鑒于此在BB84基礎(chǔ)上提出了一個改進的量子密鑰協(xié)議（以下簡稱“改進協(xié)議”）。本論文研究了這個改進協(xié)議的特性，包括光子利用效率，各

3、種竊聽角度下的誤碼率和平均互信息量性之間的關(guān)系。
　　 流行的量子密鑰協(xié)議往往存在著經(jīng)典信道，而經(jīng)典信道通常是最容易被攻擊利用的。本文提出的協(xié)議使用與BB84協(xié)議一樣的測量基，設(shè)計了一條具有回路的量子信道，這使到消息的發(fā)送和接收能同時由一方完成，由于發(fā)送與接收只由一方完成，帶來了以下好處：改進協(xié)議的光子利用效率達到100％，效率是流行的偏振類量子密鑰協(xié)議的兩倍或更高；避免了容易被攻擊的經(jīng)典信道。改進協(xié)議通過預(yù)共享密鑰方法進行身份

4、認(rèn)證，因為在量子密鑰分發(fā)的同時完成收、接雙方的身份認(rèn)證，避免了攻擊者跳過身份認(rèn)證直接發(fā)送密鑰的弊端；與BB84協(xié)議不同的是，改進協(xié)議采用消息摘要的方法驗證消息是否被篡改或竊聽，由于消息摘要使用了預(yù)共享密鑰進行一次一密加密，攻擊者無法篡改，從而保證安全。
　　 我們還對改進協(xié)議進行了信息論研究：在量子檢測中使用量子測量信道的概念，并以此計算了量子保密通信中攻擊者所能獲得的信息量，從而為合法者的安全通信和對攻擊者的檢測提供理論依據(jù)和