量子秘密共享基础

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一种全新的基于纠缠交换的量子中继策略

一种全新的基于纠缠交换的量子中继策略

一种全新的基于纠缠交换的量子中继策略许敏;聂敏;杨光;裴昌幸【摘要】利用纠缠作为资源的量子通信协议具有安全性好、可靠性高、使用灵活等优势,具有广阔的发展前景,同时也对纠缠光子的保真度提出了一定的要求.提出了一种基于纠缠交换的量子中继策略,在远距离通信者之间设置多级中继,借助经典通信的辅助作用,通过节点间的纠缠交换和纠缠纯化操作为收发双方提供保真度稳定的长程纠缠连接.性能分析表明,通过合理控制中继级数和提高纠缠交换以及纠缠纯化的成功率,可以显著降低系统时延和提高系统吞吐量,为实现全球量子通信提供必不可少的纠缠资源.【期刊名称】《电信科学》【年(卷),期】2016(032)003【总页数】7页(P68-74)【关键词】量子通信;纠缠交换;中继【作者】许敏;聂敏;杨光;裴昌幸【作者单位】西安邮电大学通信与信息工程学院,陕西西安710061;西安邮电大学通信与信息工程学院,陕西西安710061;西安邮电大学通信与信息工程学院,陕西西安710061;西北工业大学电子信息学院,陕西西安710072;西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室,陕西西安710071【正文语种】中文【中图分类】TN915在量子通信网中,信息以量子态的形式编码、传输和处理。

基于量子力学的非定域性、叠加原理和不可克隆定理等[1],在通信距离、容量、安全上具有与传统通信截然不同的原理和优势。

其中,纠缠是一种独特的量子资源,是量子非定域性最直接的体现,通信双方一旦建立了纠缠连接,就可以借助纠缠关联进行量子密钥分发、量子秘密共享、量子安全直接通信[2-6]等各种通信协议。

因此,研究如何通过量子中继建立远距离的纠缠连接具有重要的现实意义。

经典通信通过能量的变化来实现编码,这种方式使得信息比特和信号传输特性紧密结合在一起,利用中继技术恢复信号的能量不仅可以恢复信号的传输特性,同时也对表示信息的比特进行了恢复,因此,经典通信的中继技术只需要对信号能量进行补偿即可实现中继,且经典意义上的能量参数易于测量和控制。

量子密码的理论与技术研究(定稿)

量子密码的理论与技术研究(定稿)

附件6 编号学士学位论文量子密码的理论与技术研究学生姓名:学号:系部:专业:年级:指导教师:完成日期:20 年月日摘要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。

而量子密码技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。

量子密码是以密码学和量子力学为基础、利用量子物理学方法实现密码思想的一种新型密码体制,与当前普遍使用的以数学为基础的密码体制(以下简称为数学密码)相比,它比数学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和海森堡的测不准原理来保证的,而不是依靠某些难解的数学问题。

由于量子光通信以及量子计算越来越重要,量子密码具有良好的前景。

量子密码方案具有无条件安全性和对扰动的可检测性两大主要优势,另外还具有防电磁干扰、抵抗具有超强计算能力的计算系统的攻击。

我相信量子密码在信息保护中将发挥重要的作用,潜在着巨大的应用和市场前景。

本文探讨了量子密码技术的基本理论与相关技术等问题。

关键词:密码技术;量子密码技术;量子物理;量子不可克隆性;测不准原理。

1AbstractPassword technology is a core technology in the field of information security, in many areas of today's society has a broad application prospect. The quantum cryptography technology is a new research topic in the area of cryptography, it is to promote the development of cryptography theory development plays a positive role. Quantum cryptography based on cryptography and quantum mechanics with quantum physics method, the password is an idea of a new type of cryptography, and the current commonly used mathematical based cryptosystem (hereinafter referred to as the password for mathematics), compared to it than math password the biggest advantage is to have to prove that security and detection, this is because the security of quantum cryptography is by quantum physics quantum cloning inevitability and Heisenberg's uncertainty principle to ensure that, rather than relying on some hard mathematical problems. Due to the quantum optical communication and quantum computation is more and more important, quantum cryptography has good prospects. Quantum cryptography scheme with unconditional security and the disturbance detection can be two major advantages, it also has anti electromagnetic interference, resistance with super computing power of computing systems. I believe that quantum cryptography will play an important role in information protection, the huge potential application and market prospect. This paper discusses the basic theory of quantum cryptography technology and related technical problems.Key words:Password technology;quantum cryptography technology;quantumphysics;quantum cannot be cloned;the uncertainty principle.2目录摘要 (1)ABSTRACT (2)第一章引言 (5)1.1密码学概述 (5)1.1.1经典密码学 (5)1.1.2量子密码学 (5)1.1.3经典密码与量子密码的区别 (6)1.2国内外研究现状 (6)1.2.1我国的量子密码技术的研究 (6)1.2.2国外的量子密码技术的研究 (7)第二章量子密码技术的理论基础 (8)2.1基础知识 (8)2.1.1光子的偏振现象 (8)2.1.2量子比特 (8)2.1.3量子叠加态 (8)2.2量子密码技术的基本原理 (8)2.2.1Heisenberg 测不准原理 (8)2.2.2量子不可克隆定理 (9)2.2.3量子态叠加原理 (9)2.3常用量子效应 (9)2.3.1量子纠缠态 (9)2.3.2量子隐形传态(quantum teleportation) (10)第三章量子密码技术 (11)3.1量子密钥分配 (11)3.2量子密秘共享 (11)3.3量子认证 (11)3.3.1量子消息认证. (11)3.3.2量子身份认证 (12)3.4量子密钥分发协议 (12)3.4.1 BB84协议 (12)3.4.2 B92协议 (14)3.4.2 E91协议 (14)第四章量子密码技术的展望 (15)34.1量子密码技术发展前景 (15)4.2未来量子密码应用的领域 (16)4.2.1军事领域[7] (16)4.2.2政府机关 (16)4.2.3网络安全 (16)第五章量子密码亟待解决的问题 (17)5.1量子密钥分配协议在实验上的改进 (17)5.2更纯的单光子源 (17)5.3光子检测器的研发[9] (17)5.4量子传输与现有网络的结合 (18)第六章结束语 (19)参考文献 (20)致谢 (21)45第一章 引言自密码学诞生以来,它的重要基础理论就是数学。

量子信息密码学综述ppt课件

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33
测量装置无关量子密钥分配
Bell states measurement(BSM)
H.-K. Lo, M. Curty, and B. Qi, Phys. Rev. Lett. 108, 130503 (2012).
34
参考系与测量设备双无关量子密钥分配实验
王超等,Phys. Rev. Lett. 115, 160502 (2015)
16位 1011011001101111; …….
任何一个n位存储器,某时刻可存储2n个数据之一
7
4、量子态与量子比特 Qbit(量子态)----- 0 , 1
(1)光子的偏振
(2)电子的自旋
(3)原子的能级
0
1
……
QByte: 0 1 1 0 1 1 0 0
任何一个n位存储器,某时刻可存储2n个数据! 8
需要不时地校准对 齐双方的参考系
31
参考系无关量子密钥分配的实验
AT T


VO VO
A
A


VO VO
A
A
Short arm
Long arm
梁文烨等,Scientific Reports Vol. 4, 3617(2014)
32
热点2、测量仪器无关量子密钥分配
ALICE x
BOB y
?
?
?
a
b
(4)Bob和Charlie根据公布的L的值来选择基矢进行测量
G.-P. Guo and G.-C. Guo, Physics Letters A 310, 247 (2003).
40
经典消息的秘密共享
2009年,Sarvepalli等人基于CSS码理论提出 QSS方案,并实现接入网功能。

量子定位技术综述_黄红梅

量子定位技术综述_黄红梅
方案定义了六颗空间位置已知的卫星参考点位于三条独立的基线对两端每条基线对构成一个双曲面如图1所示用户的位置是三个双曲面的交点通过测量用户到参考点已知卫星的到达时间延迟进行定位整个qps系统有四个双光子源角反射器四个分束器光延迟单元和四个双光子符合计数器homhongoumandel干涉仪等单元组成
黄红梅等: 量子定位技术综述 《激光杂志》 2015 年第 36 卷第 11 期 LASER JOURNAL( Vol. 36. No. 11. 2015 )
[13 ] [5 ]
( a) 量子定位方案
( b) 量子定位系统中的一条基显示 图 1 干涉式量子定位系统原理
为实现对目标的定位通常采用向目标发送电磁 计 算 脉 冲 信 号 达 到 的 时 间 延 迟 ( Time Of 脉冲信号, Arrive) 来确定需定位目标的位置, 对于量子定位技术 来说, 此时发送的是量子信号。纠缠光子源发送纠缠 双光子信号经极化分束器 ( PBS ) 将两个光子信号分 R2 处, R2 处反射器反射至用户, 别传至 R1 , 经 R1 , 用 户携带有角反射器, 将光子信号按原路返回至发送 , 50 : 50 端 经 的分束器( BS) 分束后传递给两个探测器 D1 和 D2 , 最后信号进行符合计数, 两路光信号路径 相同, 除了一条路径包含一个光线延迟单元 D, 用于 ( i = 1, 2, 3) , 调整光信号的传输时间 Δt i = ( n -1 ) d i / c, HOM 干涉仪 使得两路光子同时达到符合计数单元, 达到平衡, 当三个 HOM 干涉仪都平衡时, 得到式 ( 1 ) 。 的等量关系 r1 -R1 + R1 -r0 = r1 -R2 + R2 -r0 +( n -1 ) d ( 1)

量子密码

量子密码

对于量子比特 u a 0 b 1 和 c 0 d 1 定义一下运算:其中 a2 b2 1,c2 d 2 1 1)、内积 ( , u ) u a*c b*d 其中 a* 和 b* 分别是a,b的共轭复数,可见内积结果是数。 2)外积 量子态自身的外积是 u u ,是一个算符 且有 ( u u ) v u u v u v u 3)投影算符 以 u 和 v 两个投影算符: Pu 1 v v 和 Pv 1 u u
BB84协议的安全性分析: 在光子的四个偏振态中 { , } 是线偏振态, { , } 是圆偏振态,线偏振态和圆偏振态是共轭 态,满足测不准原理。根据测不准原理,对线偏 振光子的测量结果越精确意味着对圆偏振光子的 测量结果越不精确。因此,任何攻击者的测量必 定会带来对量子比特的扰动,而合法通信者可以 根据测不准原理检测出该扰动,从而检测出窃听 者的存在与否。此外,线偏振态和圆偏振态是非 正交的,因此它们是不可区分的,攻击者不可能 精确的测量所截获的每一个量子态。量子的测不 准原理和不可克隆定理保证了BB84协议的无条件 安全性。
量子密码学
——量子密钥分配
一、量子密码的起源
• 1969年哥伦比亚大学的学者S.Wiesner(威 斯纳)最先提出利用量子效应保护信息,开 创了量子密码的先河,遗憾的是没有引起量 子密码的蓬勃发展 • 十年之后,IBM的研究人员Bennett(贝内 特)和加拿大的G.Brassard(布拉萨德) 在第20次IEEE计算机基础会议上讨论了威 斯纳的思想,自此之后,量子密码学才缓慢 发展起来。90年代之后,量子密码受到高度 重视,取得了迅速进展
2、量子密码的安全性基础
量子密码的两个基本特征是:无条件 安全性和对窃听的可检测性 。所谓密码 系统的无条件安全性是指在攻击者具有无 限计算资源的条件下仍不可能破译此密码 系统。 所谓对窃听者或其他各种扰动的可检 测性是指两个用户之间通信受到干扰时, 通信者根据测不准原理可以同步检测出干 扰存在与否。 上述的两个特征的理论基础是: 1)、海森堡测不准原理 2)、量子不可复制定理

量子 共享密钥 密钥池

量子 共享密钥 密钥池

量子共享密钥密钥池
量子共享密钥和密钥池是量子通信和量子密码学中的概念。

量子共享密钥是一种使用量子态的性质来保证密钥的安全传输的方法。

传统的加密方式中,使用公钥加密和私钥解密的方式来进行通信,但是这种方式容易受到中间人攻击。

采用量子共享密钥,可以通过利用量子态的特殊性质,即量子态的测量会改变其状态,来确保密钥的安全传输。

量子共享密钥的基本原理是,发送方(Alice)和接收方(Bob)使用一种被称为量子密钥分发(quantum key distribution,QKD)的协议,通过发送一系列的量子比特(通常是光子)
来共享密钥。

由于量子态的观测特性,任何对量子比特的截取或窃听都会导致量子态的破坏,从而被Alice和Bob察觉到。

因此,只有通过安全的信道传输的量子密钥才能分享。

密钥池是一种存储和管理密钥的系统。

在现实世界的通信中,需要大量的密钥来确保通信的安全性,密钥池就是用来管理这些密钥的。

密钥池可以是一个物理设备或者一个虚拟的软件系统,用来存储和生成密钥,并提供给通信的参与者使用。

在量子通信中,密钥池可以用来存储和生成量子共享密钥。

一般情况下,密钥池会包含一系列的预先分享的密钥,这些密钥可以通过QKD协议来实现。

当通信的参与者需要共享密钥时,他们可以从密钥池中获取密钥,并进行加密和解密操作。

总之,量子共享密钥和密钥池都是为了保证量子通信的安全性
而设计的。

量子共享密钥通过利用量子态的观测特性来确保密钥的安全传输,而密钥池则是用来存储和生成密钥,并提供给通信的参与者使用。

量子保密通信技术综述

量子保密通信技术综述
Quantum secret communication technology has very important application in militar y and business f ields,
which has made great progress recently. In this paper,firstly the fundamental principles and applications of the quantum key distribution are illustrated briefly. Secondly,the development status of the quantum key distribution technology are reviewed.Then,after the development trends of the quantum key distribu- tion technology is analyzed,its breakthrough is discussed. Finally,the future of the quantum key distri— bution technology is presented and some suggestions are proposed.
收 稿 日期 :2018-03—31 修 订 日期 :2018-05-02 基 金项 目:西南通信研究所重点实验室基金 (6142103040105)
2018年第 3期
樊 矾等 :量子保密通信技术综述
357
(QKD) 、量子安全直接通信 (QSDC) J、量子秘 密 共享 (QSS) I6 J、量 子 认 证 (QA) 卜 、量 子 公 钥 加 密 (QPKC) J,量 子保 密查 询 。。等 研 究 方 向。其 中 ,QKD技 术 在 理论 和 实 验 上 发 展 最 完 善 ,是 当 前 最 重要 、最 主流 的量 子保 密通信 技术 。

改进的三方量子秘密共享协议

改进的三方量子秘密共享协议

改进的三方量子秘密共享协议何业锋;侯红霞【摘要】Owing to the shortcomings of the three-party quantum secret sharing protocol of Tan,et al which can not resist against the attack of invisible photon Troy Trojan and delayed photon Troy Trojan,an improved three-party quantum secret sharing protocol is proposed. The improved protocol uses the Bell state and the unitary transformation to realize the secret sharing of three parties. The se-curity analysis shows that the improved protocol can not only resist against the attack of participantsand general outsider attack,but also resist against two kinds of the Troy Trojan. Furthermore,the improved protocol also achieves high quantum bit efficiency.%针对Tan等人的三方量子秘密共享协议不能抵抗不可见光子特洛伊木马和延迟光子特洛伊木马攻击的缺点,提出了一个改进的三方量子秘密共享协议,该协议利用Bell态和幺正变换实现了三方的秘密共享。

安全性分析表明,改进的协议不但能抵抗参与者攻击和一般的外部攻击,而且能抵抗2种特洛伊木马攻击,并有较高的量子比特效率。

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1998年,Hillery等人参照经典秘密共享理论提出了量子秘密共享的概念,并利用GHZ 三重态的量子关联性设计了一个量子秘密共享方案。

此后,量子秘密共享引起了人们的广泛兴趣,利用两粒子纠缠态的性质、量子纠缠码的特征、量子计算以及连续变量量子比特的性质等量子属性,人们设计了一系列量子秘密共享方案。

2001年,瑞士日内瓦大学首次在实验上验证了基于GHZ三重态的量子秘密共享方案。

但是,已提出的量子秘密共享体制还存在许多问题,如方案的多次使用问题、用户的增减问题等。

本章介绍量子秘密共享的基本概念,量子秘密分拆与量子秘密共享方案,以及量子秘密共享的应用等几个方面的基本理论和技术。

基本概念
在某些场合,为了让多人承担保护秘密消息的风险,或者加强对某个秘密信息的保密强度,需要多个参与者共同参与保护秘密信息。

例如,导弹的控制与发射、重要场所的通行、遗嘱的生效等都必须由两个或多人同时参与才能生效,也就是需要将秘密分给多人共同管理。

这种情况可通过将秘密信息拆分成若干个部分并由若干个参与者共同管理的方式实现,这种保护信息的方式称为秘密共享。

秘密共享的本质在于将秘密以适当的方式拆分,拆分后的每一个份额由不同的参与者管理,单个参与者无法恢复秘密信息,只有若干个参与者一同协作才能恢复秘密消息。

可见,秘密共享的秘密拆分方式和恢复方式是设计秘密共享方案的关键。

1977年,Sykes提出了秘密分拆(secret split)的概念,其基本思想是将一个秘密消息划分成若干个碎片,每一片本身并不代表什么,只有当这些碎片全部合在一起时才能重构该消息。

1979年,Shamir和Blakley各自独立地提出秘密共享的概念,并且提出了他们的秘密共享体制,即LaGrange内插多项式体制和矢量体制。

秘密共享概念的提出为将秘密分给多个参与者共同管理提供了可能。

当前这类体制的应用日趋广泛,特别是自1994年美国政府颁布了秘密托管加密标准(EES)后,秘密共享体制又成为了秘密托管软件实现研究的一个重要基础。

另外,秘密共享在多方计算中具有重要的应用,而多方计算是分布式系统的重要计算模式,随着互联网络和自组织网络技术的进展,基于分布式系统的密码得到了快速发展。

定义6.1.1 设m,n是正整数,且m<n。

将秘密S在一组参与者P中进行分配,如果n个参与者按如下方式共享秘密信息S:任意m个参与者可以协同恢复S,但任意少于m 个参与者都不能恢复该消息。

这种密码系统称为秘密共享体制。

秘密共享体制亦成为(m,n)门限方案。

设秘密消息的持有者为Trent,简称为T,相应的各信息份额的持有者表示为P。

不妨设T∉P,定义6.1.1可等价为
H(S∣P i
1,…,P i
m
)=0 (6.1.1)
H(S∣P i
1,…,P i
n
)=H(S) (6.1.2)
式中P i
j
∈P,1≤j≤m,1≤≤m-1,H(X)和H(X∣Y)分别为熵函数和条件熵函数。

与其他信息保护方式一样,秘密共享体制可采用不同的方式实现。

以数学为基数的秘密共享体制可称为经典秘密共享体制,这种秘密共享体制以数学原理为基数,借助数学难题保证安全性。

自Shamir提出秘密共享体制后,经典秘密共享体制得到了人们的重视,已提出了很多方案,如无仲裁参与的秘密共享体制、不泄露分享秘密的秘密共享体制、可证实秘密共享体制等。

以量子物理为基础的秘密共享体制称为量子秘密共享体制,量子秘密共享体制以量子物理为基础实现,借助量子物理规律保证安全性。

目前,量子秘密共享体制主要有离散变量和连续变量两种实现方式。

需要指出的是,不管以何种方式实现,各种秘密共享体制的目的都是一样的。

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