基于四粒子团簇态的量子安全直接通信协议仿真
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:
基于光纤通信的量子安全通信
本科毕业论文 题目基于光纤通信的量子安全通信专业 作者姓名 学号 单位
指导教师 2017 年 5 月 原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究取得的成果。除文中已经引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均在文中以明确的方式表明。本人承担本声明的相应责任。
学位论文作者签名：日期：指导教师签名:日期：
目录 摘要 Abstract 第1章绪论 (4) 1.1选题背景 (4) 1.2国内外研究现状 (5) 第2章量子密码学的物理基础 (6) 2.1量子态叠加原理 (6) 2.2量子相干性 (6) 2.3测不准原理 (7) 2.4量子不可克隆定理 (7) 2.5量子纠缠性 (7) 第3章连续变量量子密码通信基础 (7) 3.1连续变量量子密钥分发光路 (8) 3.2分光电路实验过程 (9) 第4章高斯调制 (9) 4.1高斯态制备 (9) 4.2信号测量 (10) 4.2.1平衡零差检测 (10) 4.2.2平衡外差检测 (10) 结论 (10) 参考文献 (11)
摘要 随着信息手段在人类生产、生活当中得到广泛使用，通讯的安全得到前所未有的关注，人们愈来愈重视通信的安全。传统密码通信的安全性，是基于数学问题的难以求解，现在大规模集成电路计算机受限于本身物理的特性，运行速度有限，难于求解这类大数问题。然而量子计算机的出现，打破了传统密码通信安全的大门，大数分解问题量子计算机短时间内就能够破解，原有密码通信体制将不够安全。量子密码通信应运而生。本文介绍了经典密码通信及其缺陷，进而引出量子密码通信的必要性。介绍了连续变量量子密钥分配和连续变量量子密集编码的研究进展。介绍了量子密码学的理论基础，对量子态的基本性质、福克斯态、相干态、纠缠态、么正变换、密度算子作了介绍。介绍了量子密码学信息论必备的基础知识，如香农熵、冯诺依曼熵、Holevo界。介绍了连续变量量子密码通信基础知识。介绍了高斯调制CVQKD的实验方案、理论安全分析模型、窃听者常用的攻击方式、数据协商形式、高斯态辛本征值的求解。 关键词：光钎通信；信息安全；量子密码
量子保密通信案例介绍
量子保密通信案例介绍 1、金融领域 通过与中国人民银行和中国银监会合作，开展了金融行业量子保密通信应用，包括同城数据备份和加密传输、网上银行加密、异地灾备、监管信息采集报送、人民币跨境收付系统应用等，并在银行、证券、期货、基金等行业成功开展了应用示范。特别是银行业，已经形成了一批典型示范用户，包括工商银行、中国银行、建设银行、交通银行等国有大型商业银行，民生银行、浦发银行等全国性股份制商业银行及北京农商行等其他商业银行。 中国银监会组织的京沪干线量子保密通信应用在同城数据备份和加密传输应用方面，工商银行、交通银行、北京农商行，浦发银行、民生银行、东方证券、国泰君安期货、华安基金等金融机构已经常态化应用。
在网上银行加密方面，交通银行、工商银行已经常态化应用。2017年2月，交通银行首次把量子保密通信技术应用于企业网银用户的实时交易，通过量子保密通信的高安全性保障客户对资金安全的高要求，标志着量子保密通信从服务银行内部数据安全向为第三方客户提供高等级安全服务跃迁。 在异地灾备方面，交通银行、中国银行、工商银行已常态化应用。2017年2月工商银行率先基于“两地三中心”的数据中心体系，利用量子保密通信技术，将工商银行网上银行业务数据从北京西三旗数据中心通过量子保密通信技术实时传输到上海嘉定和外高桥数据中心。 工商银行异地灾备量子保密通信应用 在监管信息采集报送方面，中国银监会将量子保密通信技术应用于银监会与各相关银监局、各相关银行之间的监管信息数据采集报送系统。2015年7月，银监会与民生银行、银监会与北京银监局之间的监管信息采集系统建设完成并投产。该系统每日进行一次报送，每
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。
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
量子保密通信系统及其关键技术的研究
量子保密通信系统及其关键技术的研究 【摘要】：量子信息学的研究发现，如果能通过量子态编码来传送密码信息的话，那么依据量子力学不确定性原理，任何对量子载体的测量或复制行为都将改变原量子态。这为我们提供了一种主动发现窃听者的方法，即量子保密通信。与任何传统密码术都不同的是，它借助于自然法则的威力，从根本上杜绝了非法窃听的可能性，将为人们提供一种“无条件”的安全通信方法。本文工作致力于量子保密通信技术初步实用化的研究，目标是探索量子密钥分发的新方案与新技术，并完成长距离长期稳定的光纤型量子密钥分发系统。在量子密钥分发方案研究方面，我们主要着力于提高保密通信的稳定性和成码率。因而我们首先提出了基于Sagnac干涉仪的量子保密通信方案。该方案巧妙地使用了环形光路的结构，不借助任何主动或被动元件就可以自动补偿相位抖动；采用分时相位调制技术控制单光子干涉，密码交换方法简单可靠。是目前为数不多的利用双向自动补偿而实现稳定传输密钥的长距离保密通信方案之一。本论文还提出了法拉第反射镜与相位差分方案结合(“PhlgPlay”+DSP)的量子密钥分发方案。该方案通过相位调节伺服系统和往复光路补偿技术，能够有效地克服单光子单向传输过程中的相位抖动和偏振模式色散(PMD)等问题，具有高稳定性；并结合Yamamoto等人提出的相位差分编码方法，能够实现高达2／3的密钥成码率。该方案还具有很强的可扩展性。在不改变总体结构的情况下，仅仅通过增加部分光路元件的方法就可以使密钥成码效率提
高到(n-1)／n(n=3，4，5，…)，是一种有潜力的新方案。围绕量子保密通信系统的研究，我们发展了一系列关键性的技术。在单光子探测方面，我们提出了多种单光子探测的技术方案。解决了APD光纤耦合、低温制冷控温(-50℃--110℃)等技术难题，研制出实用化的单光子探测器，并成功应用于单光子干涉实验和量子保密通信系统中，为红外单光子信息处理等领域提供了高灵敏的探测手段。其核心指标，暗计数率与量子效率的{确要比值(Pd/几)超过商售同类产品一个数量级。为解决相位差分编码方案中时间信息检测的问题，找们提出了一种基于多重探测门(multi一gate)的单光子11寸序检测器(Timediseriminator)。一般认为，山于InGaAS雪崩光电二极管的后脉冲发生机率较大，不适于快速的时间探测。而实验中我们恰恰不lJ 用了发生在{i汀后相继的多个脉冲门中的后脉冲来帮助识别单光子时间信息，为近红外单光子时序检测提供了一种有效方法。在单光子十涉和单光子操控的研究中，我们提出并实现了华十光纤S雌11ac 干涉仪的长距离单光子干涉和单光子路山实验。在50公啾的光纤环路中获得的单光子干涉可见度达到95%;基于s雌11ac二卜涉仪的长距离单光子路山器有望应运于单光子量子信息研究。我们还发展了偏振量子随机源技术，首次将USBZ.O数据接口应用于高速光量子真随机信号发生器，实现了“即插即用”的功能。该系统使用简便，随机码的采样速率可达SMHZ，随机数的序列相关性达到10一“量级，单字节嫡值不小于7.99;将为量子保密通信的安全性提供有力保障。该随机信号发生器也适用于经典密码学和模拟计算等其它领域。最后，采
量子保密通信
量子保密通信实验 引言 自古以来,人们就希望各种保密的信息能安全地交流,于是便发明了各种密码术。但是随着加密方法的公开和科技的发展,各种加密方法都面临着被轻易破解的危险:如古老的凯撒密码就可以通过字频分析结合穷举法实现破解;而现在应用的最为广泛的RSA公钥密码体系理论上已被证明可以用Shor算法实现破解。迄今为止,只有一次一密的加密方案在理论上被证明是理想安全的。随着信息安全日趋重要,怎样保密通信已成为当今最为紧迫的问题之一。一次一密的加密方案安全性毋庸置疑,然而如何找到一条安全的途径,实现大量的密钥分发又成为一个关键的问题。于是基于量子不可克隆定理的量子密码学应运而生。量子密码学不仅是一门科学,而且是一门精巧的通信艺术。通过量子密码实验系统,不仅可以让我们直观的理解BB84协议和了解量子保密通信,并且可以进一步以此作为平台,进行一系列的科学研究。 实验目的 1. 学习使用BB84协议实验中常用的仪器设备 2. 理解量子保密通信实验中BB84协议理论 3. 观测量子保密通信实验中的成码率，误码率，加密解密效果 实验原理 BB84协议是Charles H. Bennett 与 Gilles Brassard 1984年提出的描述如何利用光子的偏振态来传输信息的量子密钥分发协议:发送方Alice和接收方Bob用量子信道(如果光子作为量子态载体,对应的量子信道就是传输光子的光纤)来传输量子态；同时双方通过一条公共经典信道(比如因特网)比较测量基矢和其他信息交流,进而两边同时安全地获得和共享一份相同的密钥。 BB84协议基本条件首先是拥有一个量子信号源，并可以随机地调制产生两套基矢总共四种不同的量子态信号；其次，调制后的量子信号可以通过一个量子信道如光纤或者自由空间来进行传输；再次，接受到的量子信号可以被有效地测量，其中测量所用的基矢也是随机选择的，同时需要一个辅助的经典公共信道可以传输经典的基矢对比等信息。另外该经典公共信道要求是认证过的，任何窃听者虽
实数编码量子进化算法
第23卷第1期 Vol.23No.1 控 制 与 决 策 Cont rol and Decision 2008年1月 J an.2008 收稿日期:2006210211;修回日期:2007201224. 基金项目:交通部西部交通建设科技项目(200431882053). 作者简介:高辉(1969—),男,吉林松源人,博士生,从事智能控制、智能交通系统等研究;徐光辉(1964— ),男,辽宁锦州人,副教授,博士,从事城市轨道交通和交通系统动力学的研究. 文章编号:100120920(2008)0120087204 实数编码量子进化算法 高 辉1,徐光辉1,张 锐2,王哲人1 (1.哈尔滨工业大学交通科学与工程学院,哈尔滨150090;2.哈尔滨理工大学自动化学院,哈尔滨150080) 摘 要:为求解复杂函数优化问题,基于量子计算的相关概念和原理,提出一种实数编码量子进化算法.首先构造了由自变量向量的一个分量和量子比特的一对概率幅为等位基因的三倍体染色体,增加了解的多样性;然后利用量子旋转门和依据量子比特概率幅满足归一化条件设计的互补双变异算子进化染色体,实现局部搜索和全局搜索的平衡.标准函数仿真表明,该算法适合求解复杂函数优化问题,具有收敛速度快、全局搜索能力强和稳定性好的优点.关键词:量子计算;量子进化算法;实数编码量子进化算法;函数优化中图分类号:TP18 文献标识码:A R eal 2coded qu antum evolutionary algorithm GA O H ui 1 ,X U Guan g 2hui 1 ,Z H A N G R ui 2 ,W A N G Zhe 2ren 1 (1.School of Communication Science and Engineering ,Harbin Institute of Technology ,Harbin 150090,China ;2.School of Automation ,Harbin University of Science and Technology ,Harbin 150080,China.Correspondent :GAO Hui ,E 2mail :zr_gh @https://www.360docs.net/doc/f42275357.html, ) Abstract :In order to optimize the complex f unctions ,a real 2coded quantum evolutionary algorithm is proposed based on the relational concepts and principles of quantum computing.Real 2coded triploid chromosomes ,whose alleles are composed of a component of the independent variable vector and a pair of probability amplitudes of the corresponding states of a qubit ,are constructed to keep the population diversity.The complementary double mutation operator ,which is designed according to the probability amplitudes of a qubit f ulfilling the normalization conditions ,and the quantum rotation gate are used to update chromosomes and realize a good balance between exploration and exploitation.Simulation results on benchmark functions show that the algorithm is well suitable for the complex function optimization ,and has the characteristics of rapider convergence ,more powerf ul global search capability and better stability. K ey w ords :Quantum computing ;Quantum evolutionary algorithm ;Real 2coded quantum evolutionary algorithm ;Function optimization 1 引 言 进化算法在求解复杂函数优化和组合优化问题中得到广泛应用,但仍存在“早熟”和“停滞”现象.为解决这些问题,借鉴量子计算的概念和原理,人们提 出了量子进化算法(Q EA )[123].Q EA 采用基于量子比特概念构造的量子染色体,增加解的多样性,以克服“早熟”现象;并利用当前最优染色体信息,使用量子旋转门更新量子染色体,确保进化的方向性,以避免“停滞”现象.然而大量研究表明[426],尽管Q EA 在求解组合优化问题时比传统进化算法表现出更优良的性能,但不适合求解复杂函数优化问题.为此, 本文提出一种实数编码量子进化算法(RCQ EA ).RCQ EA 利用待求解复杂函数自变量向量的一个分 量和量子比特的一对概率幅组成染色体的等位基因,进而构造实数编码三倍体染色体,以增加解的多样性,并利用量子旋转门和依据量子比特概率幅满足归一化条件而设计的基于高斯变异的互补双变异算子一起进化染色体,实现算法局部搜索和全局搜索的平衡.标准函数仿真表明,RCQ EA 求解复杂函数优化问题具有很好的性能. 2 量子进化算法(QEA) 在Q EA 中[5],用一个具有n 个量子比特的量子
全球量子保密通信网络发展研究
Computer Science and Application 计算机科学与应用, 2018, 8(10), 1628-1641 Published Online October 2018 in Hans. https://www.360docs.net/doc/f42275357.html,/journal/csa https://https://www.360docs.net/doc/f42275357.html,/10.12677/csa.2018.810179 Development Analysis on Global Quantum Secure Communication Network Feifan Chen1, Xinyu Hu1, Yinghao Zhao1, Yongzhan Hu2, Zhengzheng Yan1, Hongxin Li1,3 1PLA Strategic Support Force Information Engineering University, Luoyang Henan 2Zhengzhou Audit Center, Zhengzhou Henan 3State Key Laboratory of Cryptology, Beijing Received: Oct. 7th, 2018; accepted: Oct. 22nd, 2018; published: Oct. 30th, 2018 Abstract With the popularization of international Internet technology and the rapid development of quantum information technology, the construction of quantum secure communication networks (QSCN) has received extensive attention and the strategic significance of developing quantum secure commu-nication technologies is becoming more and more important. This paper introduces and analyzes the construction of QSCN in major quantum R & D countries and regions such as the United States, the European Union, Japan and China around the world over the past decade in details. It re-searches and compares the pivotal technology used in the construction of typical QSCN. And the development trends and characteristics of future QSCN are summarized and forecasted. Keywords Quantum Cryptography, Quantum Private Communication, Quantum Communication Network, Quantum Key Distribution 全球量子保密通信网络发展研究 陈非凡1，胡鑫煜1，赵英浩1，胡勇战2，闫争争1，李宏欣1,3 1中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，河南洛阳 2郑州审计中心，河南郑州 3密码科学技术国家重点实验室，北京 收稿日期：2018年10月7日；录用日期：2018年10月22日；发布日期：2018年10月30日 摘要 随着国际互联网技术的普及和量子信息技术的飞速发展，量子保密通信网络建设受到了广泛关注，发展
量子保密通信在电力通信中的应用
量子保密通信在电力通信中的应用 发表时间：2020-03-16T15:25:20.777Z 来源：《电力设备》2019年第20期作者：陈冠晟 [导读] 摘要：量子保密通信作为新时代的产物，有着传统保密模式难以比拟的优势，若将量子保密通信应用在电力通信当中，电力通信将获得绝对性的信息安全保障。 （广东电网有限责任公司江门供电局广东江门 529000） 摘要：量子保密通信作为新时代的产物，有着传统保密模式难以比拟的优势，若将量子保密通信应用在电力通信当中，电力通信将获得绝对性的信息安全保障。对此，本文以量子保密通信为研究对象，简单介绍量子保密通信的相关内容，阐述国内外量子保密通信技术在电力通信中的应用现状，分析当前应用存有的不足之处，并提出相应优化策略，希望能够进一步提升量子保密通信在电力通信的应用力度，为我国电力通信领域的各类信息提供强有力的安全保障。 关键词：量子保密通信；电力通信；应用现状 一、量子保密通信的相关内容 （一）量子保密通信的简单介绍 量子保密通信是以量子密钥分发技术为基础，其最大优势在于安全性能佳、失真度较低，从上个世纪九十年代初第一个量子密钥问世以来，量子保密通信便风靡国际，在国内外都得到了迅猛发展。在量子保密通信发展的三十多年间，通过科研人员大量的实验，现在的量子保密通信技术已经逐步走向成熟，理论及实验等方面都较为完善，当下实用化最强的则是量子信息技术。 （二）量子保密通信与电网通信之间的关联 电网通信关系到国民经济的发展，是各行各业发展及人们日常生产的关键，因此，电网通信的安全性至关重要，将直接影响国家能源安全以及国民经济的发展。 随着国民经济发展进程的不断加快，我国电网通信的整体规模也随之不断扩大，过去电网通信的保密工作主要是依赖计算复杂程度，以来计算复杂程度的安全隐患也接踵而来：科技水平的不断发展促进了人们计算机水平的提高，由许多过去难以破解的计算难题都被逐一破解，当前尚未破解的计算难题在未来存在被破解的风险，一旦计算难题被破解，电网通信不再具有安全性与保密性，后果将不堪设想，例如2015年乌克兰电力部门的电网通信遭到了黑客恶意攻击导致乌克兰大面积停电，停电期间许多行业都被迫停业，造成了巨大的经济损失。 量子保密通信技术作为信息化时代的新兴产物，有“海森堡测不准原理”和“不可克隆原理”作安全保障，其安全性是传统以计算复杂程度为依托的保密工作无法比拟的；另一方面，电网通信对安全性有特殊的要求，且随着科技的发展，今后电网通信对安全性的要求只高不低，传统保密工作将很难适应电网通信的发展需要，综上所述，量子保密通信工作是当下最适合电网通信安全的保密技术。 二、量子保密通信在电网通信的应用现状 量子保密通信具有高效、安全等特点，广阔的应用领域及应用前景吸引了众多的眼光，国际上有许多国家都纷纷加入量子保密通信的实验队伍，国际上赫赫有名的上市公司也同样前仆后继，有部分国家甚至成立了相关的实验机构，从国际对待量子保密通信的态度不难看出其商业价值及应用空间。 （一）国外的应用现状 美国早在2012年便有相关团队研究出将量子保密通信系统应用在电网通信系统当中，随之展示出了加密成果及控制指令，成功的开发出了相关的保密系统，随后将该保密系统应用在某高校的可信网络基础设施的电网系统中；同年，M2M即“可实现不间断机器之间的”相关服务问世，并广泛应用在电网系统的安全通信当中；近些年来，国外许多著名公司都专注于量子保密通信的应用工作当中，投入了大量的研发成本与研发精力，还有许多知名公司如美国“OakRidge”实验室及“IDQ”公司共同联合展开相关实验项目。 （二）国内的应用现状 “十二五”以来，量子保密通信作为我国重点发展的前沿技术，已经被列入我国《中长期科学和技术发展规划纲要》当中，在电网通信方面的应用力度更是只多不少，“中国电科院”与“中科大”两大研究团队都相继开展了相关科研工作，在电网通信系统中安装相关量子保密通信系统，将最终成果与传统保密系统相比较，提出传统保密系统存在的不足之处，并制定相关的改善措施；在2015年，“中国电科院”与“中科大”共同致力于建设绝对安全、保密的电网通信，展开了“电力工业量子通信网”的研发工作，我国首次搭建电力工业量子通信网，这是极具意义的重大事件，相信在不久的将来我国一定能够突破当下的发展瓶颈，实现绝对安全、绝对保密的电网通信。 三、电网通信应用量子保密通信的相关内容 （一）量子保密通信的主要应用方向 第一，利用量子保密通信保障电力业务，建议在电网通信系统中布置相关的量子保密通信链路，保证业务数据、管理数据等信息的安全传输，为重要场合的用电安全提供极大的安全保障；第二，利用量子保密通信调度电力业务，建议在电网通信系统的相关防火墙外设置相关保密技术，对其展开加密保护，杜绝恶意代码入侵事件的风险；第三，利用量子保密通信提高配电业务的安全性与保密性，建议制定相关量子密钥管理方案及操作流程，要周期性更换量子密钥，确保量子密钥的随机性；第四，应用在容灾备份方面，利用量子保密通信加强数据与数据之间的共享力度，并进一步强化数据传输的安全性能。 （二）应用量子保密通信的优势及存有的不足之处 优势：量子保密通信的安全性能极高，在电网通信中应用量子保密通信便可以绝对性的杜绝窃听，且量子保密通信具备不可克隆原理，窃听者无法对未知量子展开克隆工作，为电网通信提供了极大的安全保障。 不足之处：虽然当下我国电网公司具有十分庞大的电网光线，同时具备十分强大的科研团队并且得到了国家的大力支持，但在量子保密通信应用方面，仍存在技术及管理方面的不足之处，这些不足之处严重束缚了量子保密通信的应用。 （三）优化建议 首先，建议电网公司务必要深入调研相关通信业务，要建立相应的信息系统安全生态表，根据不同效果划分安全等级，加强管理，明确不同程度的安全需要；其次，加大人才培养力度，可以加强与专业团队的合作力度，将有基础、有能力的人才送往学习，提高建设队伍各方面的软、硬实力；再次，建立相关的管理体系，确保量子保密通信系统应用具有一系列的标准规范。
浅析量子保密通信技术及应用
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/f42275357.html, 浅析量子保密通信技术及应用 作者：詹晓丹 来源：《科技信息·下旬刊》2018年第01期 摘要：量子保密通信相比传统通信拥有诸多优势，具有绝对安全和保密属性，是安全信息传输的终极解决方案，越来越受到国家、行业、企业的重视与关注，并逐步成为具有顶层战略意义的重要领域和发展方向。目前，我国量子保密通信技术和产业化已处于世界领先水平。本文将围绕量子保密通信技术原理、量子保密通信主要产品、组网和典型应用案例等几方面展开，进行阐述与介绍。 关键词：技术概述；主要产品；应用案例 引言 伴随着我国经济的飞速发展和综合国力的不断提高，高速、安全数据传输的需求正在不断增长。量子保密通信技术克服了传统信息安全技术内在的安全隐患，是目前唯一的安全性得到严格证明的通信安全技术，也是目前唯一实现了实用化、达到产业化水平的量子技术。 1量子保密通信技术概述 1.1 技术原理 量子保密通信是基于量子密钥分发的密码通信解决方案。其技术原理如下： （1）量子密钥分发采用单个量子（通常为单光子）作为信息载体。 （2）窃听者可以在截取单光子后测量其状态，根据测量结果发送一个新光子给接收方。但根据量子力学中的海森堡测不准原理，这个过程会引起光子状态的扰动，发送方和接收方可通过一定的方法检测到窃听者对光子的测量，从而检验他们之间所建立的密钥的安全性。 （3）量子力学的不可克隆原理，保证了未知的量子态不可能被精确复制。 （4）量子密钥分发方法自动地保证产生绝对随机的密钥，不需要第三方进行密钥的传送。 1.2 量子保密通信协议 目前最适合实用化的主流方案是基于诱骗态方案的BB84协议。诱骗态方案解决了分离光子数攻击问题，不需要单光子源，使用现有的激光源就能实现QKD，大大降低了系统的成
量子理论
量子理论 19世纪末20世纪初，物理学处于新旧交替的时期。生产的发展和技术的提高，导致了物理实验上一系列重大发现，使当时的经典物理理论大厦越发牢固，欣欣向荣，而唯一不协调的只是物理学天空上小小的"两朵乌云"。但是正是这两朵乌云却揭开了物理学革命的序幕：一朵乌云下降生了量子论，紧接着从另一朵乌云下降生了相对论。量子论和相对论的诞生，使整个物理学面貌为之一新。 中文名量子论外文名Quantum theory别称量子力学提出者普朗克提出时间1900年应用学科物理学适用领域范围黑体辐射数学基础微分几何、线性代数目录1简介2量子理论的发展与建立 ?历史的孕育 ?旧量子论的建立1简介编辑量子论是现代物理学的两大基石之一。量子论给我们提供了新的关于自然界的表述 方法和思考方法。量子论揭示了微观物质世界的基本规律，为原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了理论基础。它能很好地解释原子结构、原子光谱的规律性、化学元素的性质、光的吸收与辐射等。 2量子理论的发展与建立编辑该文回顾了从量子理论提出到量子力学建立的一段历史,详细叙述了在量子理论发展过程中每一种新的思想提出的曲折经过. 19世纪末20世纪初,物理学处于新旧交替的时期.生产的发展和技术的提高,导致了物理实验上一系列重大发现,使当时的经典物理理论大厦越发牢固，欣欣向荣，而唯一不协调的只是物理学天空上小小的"两朵乌云"。但是正是这两朵乌云却揭开了物理学革命的序幕:一朵乌云下降生了量子论,紧接着从另一朵乌云下降生了相对论.量子论和相对论的诞生,使整个物理学面貌为之一新. 马克思有句名言:"历史上有惊人的相似之处."正处于新的世纪之交的20世纪的物理学硕果累累,但也遇到两大困惑----夸克禁闭和对称性破缺.这预示着物理学正面临新的挑战.重温百年前量子论建立与发展的那段历史,也许会使我们受到新的启迪. 历史的孕育 在19世纪末,经典物理学理论已经发展到相当完备的阶段.几个主要部门----力学,热力学和分子运动论,电磁学以及光学,都已经建立了完整的理论体系,在应用上也取得了巨大成果.其主要标志是:物体的机械运动在其速度远小于光速的情况下,严格遵守牛顿力学的规律;电磁现象总结为麦克斯韦方程组;光现象有光的波动理论,最后也归结为麦克斯韦方程组;热现象有热力学和统计物理的理论.在当时看来,物理学的发展似乎已 达到了颠峰.于是,多数物理学家认为物理学的重要定律均已找到,伟大的发现不会再有了,理论已相当完善了.以后的工作无非是在提高实验精度和理论细节上作些补充和修正,使常数测得更精确而已.英国著名物理学家开尔文在一篇瞻望20世纪物理学的文章中,就曾谈到:"在已经基本建成的科学大厦中,后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了."然而,正当物理学界沉浸在满足的欢乐之中的时候,从实验上陆续出现了一系列重大发现.如固体比热,黑体辐射,光电效应,原子结构cdots cdots这些新现象都涉及物质内部的微观过程,用已经建立起来的经典理论进行解释显得无能为力.特别是关于黑体辐射的实验规律,运用经典理论得出的瑞利-金斯公式,虽然在低频部分与实验结果符合得比较好,但是,随着频率的增
关于量子保密通信的综述
关于量子保密通信的综述 前言 二十世纪科学的发展，给我们人类社会带来了丰硕的成果：我们的家中拥有了电视，电话，各种型号的飞机在天空飞行，不同用途的卫星日夜环绕地球，世界上平均每三个人就有一只手机……回顾人类走过的五千年，这些伟大的发明让我们惊叹不已。在众多精灵中，电脑当之无愧为最耀眼的一个：它联接了世界的每一个角落，不分种族，不分肤色，不分信仰…一它让每个人处于信息的海洋，各种文化，思想，宗教信仰，政治观点的传播再也不为高山，大河，海洋和沙漠所阻隔。世界正变得紧密。谁也不能怀疑，电脑给我们的生活带来了明媚的阳光，但是谁也不会否认，一团乌云，信息安全问题的乌云，已经从二十世纪飘过来了，如果不能解决，这团乌云必定会给我们二十一世纪投下深深的阴影。 信息安全问题已经让处于世纪晨曦的我们焦头烂额了：我们的邮箱竟然不知何时已经与他人共享；花费了几个月，搜集各种资料做成的计划书，正在被竞争对手阅览；银行卡中辛辛苦苦积攒的蒸发了；我们自认为绝对安全的商业机密，早已进入了别人的电脑；政府的国家机密，不知道什么时候飞到了另外一个国家…一群群长着猫头鹰眼睛的人，正在黑暗的角落里对着我们神秘的微笑。 这朵乌云，已经让你我对着电脑目瞪口呆，让公司老总咆哮如雷，更让国家政府人员寝食难安…，恐怖组织让西方世界心惊，经济发展让东方世界奔忙，而信息安全让全世界头疼，赶走它，已经迫在眉睫了。因为如果不在下暴雨以前解决它，那它就注定会给这个世界带来暴风雨…，上帝神秘的盒子里，总是拥有福音：七十年前，海森堡就为我们拿到了这首曲谱，但是那时候还不能演奏它。现在，演奏它的时候到了，各种技术已经有了突破性的进展…
量子纠错码的一个统一构造方法
第37卷 第3期2010年3月计算机科学Comp uter Science Vol.37No.3Mar 2010 到稿日期:2009204215 返修日期:2009207215 本文受863国家重点基金项目(2007AA01Z472),国家自然科学基金(60773002,60672119, 60873144),教育部留学回国人员科研启动基金,ISN 开放课题,安徽省自然科学基金(090412251)资助。 钱建发(1976-),男,讲师,主要研究方向为编码理论、量子通信等,E 2mail :qianjianfa @https://www.360docs.net/doc/f42275357.html, ;马文平(1966-),男,教授,主要研究方向为编码、密码等。 量子纠错码的一个统一构造方法 钱建发1,2 马文平1 (西安电子科技大学ISN 国家重点实验室 西安710071)1 (安徽理工大学理学院 淮南232001)2 摘 要 在量子通信和量子计算中,量子纠错码起着至关重要的作用。人们已经利用Hamming 码、BCH 码、Reed 2Solomon 码等各种循环码、常循环码、准循环码来构造量子纠错码。利用准缠绕码将这些构造方法统一起来,给出了准缠绕码包含其对偶码的充分必要条件及准缠绕码的一个新构造方法,并且利用准缠绕码构造了新的量子纠错码。关键词 量子纠错码,准缠绕码,循环码,常循环码,准循环码中图法分类号 TN918 文献标识码 A U nif ied Approach to Construct Q uantum E rror 2correcting Code Q IAN Jian 2fa 1,2 MA Wen 2ping 1 (National Key Laboratory of ISN ,Xidian University ,Xi ’an 710071,China )1 (College of Science ,Anhui University of Science and Technology ,Huainan 232001,China )2 Abstract Quantum error 2correcting codes play an important role in not only quantum communication but also quantum computation.All kinds of cyclic codes ,for example ,Hamming codes ,BCH codes and Reed 2Solomon codes et al.,consta 2cyclic codes and quasi 2cyclic codes have been used to construct quantum error 2correcting codes.An unified approach to construct quantum error 2correcting codes was presented by using quasi 2twisted codes.A sufficient and necessary condi 2tion for quasi 2twisted contained its dual codes ,and a new method for constructing quasi 2twisted codes was given.Moreo 2ver ,new quantum quasi 2twisted codes were obtained by using quasi 2twisted codes.K eyw ords Quantum error 2correcting codes ,Quasi 2twisted codes ,Cyclic codes ,Constacylic codes ,Quasi 2cyclic codes 量子通信和量子计算理论的提出,为将来信息技术的深入发展开辟了一个全新的领域。为了实现量子信息的可靠传输与处理,必须保证量子状态经过一定的时空距离后保持不变或能够正确恢复。然而,量子系统不可避免地会受到外界环境的干扰,这必然导致量子状态发生错误,因此要实现可靠的量子通信和计算,量子纠错编码是必不可少的。 1995-1996年,Shor [1]和Stean [2]将量子错误的复杂机 制简化为逐位纠错的物理模型,将每个量子位的错误归结为有限个Pauli 算子。基于此,Shor 给出了第一个量子纠错码[1,3,9]。1998年Calderbank 等人[3]利用有限交换群的特征理论给出构造量子码的系统数学方法,通过构造F 2和F 4上具有某种特性的经典纠错码来构造量子纠错码(稳定子码)。 此后,人们使用各种经典纠错码来构造量子纠错码[427]。在文献[8]中,Beth 等人利用Hamming 码来构造量子纠错码;文献[9]中,Aly 等人利用BCH 码来构造量子纠错码;文献[10]中,Grassl 等人利用Reed 2Solomon 码来构造量子纠错码;文献[11]中,Lin 利用循环码和常循环码来构造量子纠错码,文献[12]利用准循环码构造了一批量子纠错码。 本文利用准缠绕码来构造量子纠错码,给出了准缠绕码包含其对偶码的充分必要条件及准缠绕码的一个新的构造方 法。研究结果表明,我们的方法是上述量子纠错码构造方法 的统一,各种量子循环码(量子Hamming 码、量子BCH 码、量子Reed 2Solomon 码)、量子常循环码、量子准循环码都是量子准缠绕码的特例。 1 基本概念 假设p 是一个素数,m 是一个正整数,令q =p m ,F q 记为元素为q 的有限域。 经典的q 元线性码C 是F q 上的n 维向量空间F n q 的一个k 维子空间,记为[n ,k ,d ],其中d 是码C 的非零码字c 的最小Hamming 重量。 下面在有限域F q 上定义Euclidean 内积。 设u =(u 0,u 1,…,u n -1),v =(v 0,…,v n -1)∈F n q ,则u 和v 的Euclidean 内积为 u ?v =∑n -1 i =0 u i v i 线性码C 的Euclidean 对偶码定义为:C ⊥={u ∈F n q |u ?c = 0,c ∈C}。显然,C ⊥是线性码[n ,n -k ]。如果C ΑC ⊥,则称C 是自正交码。 引理1[3](CSS 构造) 如果存在自正交的线性码C =[n ,k ],则存在量子纠错码[n ,n -2k ,d],其中d =min {w t (c )|c ∈ ? 07?