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连续变量量子密码协议设计与分析

作　者: 张守林
导　师: 唐朝京
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 军事通信学
关键词: 量子信息量子密码量子密钥分配量子秘密共享量子对话连续变量
分类号: O413
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 29次
引　用: 2次
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内容摘要

量子密码学是量子信息学的重要分支。量子密码以量子力学和经典密码学为基础,利用微观粒子的量子属性实现信息保护,其安全性由量子不可克隆定理和量子测不准原理保证。由于量子密码具有无条件安全性,因此受到了各国政府和军事部门的高度重视,很多学者和研究机构都在开展量子密码的研究。目前,量子密码学主要有两大研究方向:基于离散变量的量子密码和基于连续变量的量子密码。离散变量量子密码通常都是利用单光子来实现,而单光子量子密码通信的信号太弱,容易衰减及收到干扰,从而限制了码率和传送距离。而且,在现有的技术条件下,还没有简单、可靠的真正的单光子源。因此通常都采用弱激光脉冲来代替单光子,而激光源的光子数服从泊松分布,除了含有单光子脉冲还含有多光子脉冲。这些多光子脉冲被窃听后不会被察觉,从而影响量子密码的安全性。连续变量量子密码基于强光实现,采用的是多光子脉冲,将秘密信息编码到连续变化的振幅、相位等分量上,采用平衡零拍法测量,在技术上很容易实现。连续变量量子密码不需要单光子源,抗衰减性好,也具有很高的码率,因此引起了各国学者的关注。本文以国家自然科学基金为依托,开展基于连续变量量子密码的理论研究工作,主要研究设计基于连续变量的具有特殊功能的量子密码协议,并从安全性和效率等方面对所设计的协议进行了分析。基于连续变量压缩态提出了一种多方量子秘密共享协议。协议中,通信双方Alice和Bob两个集团中的任何一部分成员合作或者两个集团中的各一部分成员合作,都无法获得秘密;只有每个集团中的所有成员共同合作,才能获得秘密。从协议的安全性和和效率方面对该协议进行了分析,结果表明该协议相对于基于单光子实现的协议具有明显的优势。该协议能够被用于一些具有特殊要求的场合。基于连续变量压缩态连续调制提出了一种量子对话协议。常见的QKD协议都只能实现单向的密钥分配,QSDC协议也只能单向的传递秘密信息。在本协议中,通信双方Alice和Bob可以相互交换秘密信息,即通过运行协议,双方可以得到对方的秘密信息。分析表明,该协议实现简单,信道容量高,而且在噪声信道中,也是安全的。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-10
第一章引言  10-16
  1.1 量子通信学简述  10-11
  1.2 量子密码协议研究概述  11-14
  1.3 本文主要工作和内容安排  14-16
第二章量子密码的理论基础  16-33
  2.1 量子力学基本假设  16-18
  2.2 量子测不准原理和量子不可克隆定理  18-20
  2.3 连续变量量子态  20-25
    2.3.1 相干态  20-22
    2.3.2 压缩态  22-25
  2.4 光束分离器及其在连续变量量子密码中的应用  25-27
    2.4.1 光束分离器模型  25
    2.4.2 光束分离器在连续变量量子密码中的应用  25-27
  2.5 量子密码的信息论基础  27-31
    2.5.1 信息熵  28-31
    2.5.2 Holevo 限  31
  2.6 本章小结  31-33
第三章连续变量量子秘密共享协议  33-48
  3.1 引言  33-34
  3.2 典型的量子秘密共享协议  34-36
    3.2.1 量子秘密共享  34-36
    3.2.2 量子秘密共享协议的安全性特点  36
  3.3 基于压缩态的多方对多方量子秘密共享协议  36-47
    3.3.1 协议描述  37-41
    3.3.2 安全性分析  41-47
  3.4 本章小结  47-48
第四章连续变量量子对话协议  48-58
  4.1 引言  48
  4.2 量子对话协议举例  48-51
    4.2.1 基于单光子的量子对话协议  48-50
    4.2.2 量子对话协议的特点  50-51
  4.3 基于压缩态的量子对话协议  51-57
    4.3.1 协议描述  51-54
    4.3.2 安全性分析  54-57
  4.4 本章小结  57-58
第五章总结和展望  58-60
  5.1 本文完成的主要工作  58-59
  5.2 展望  59-60
致谢  60-62
参考文献  62-66
作者在学期间取得的学术成果  66

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