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基于量子密码的隐蔽通信协议研究与应用

作　者: 公延军
导　师: 季丽萍
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 隐蔽通信 量子密码 量子通信 无条件安全 可检测性
分类号: O413
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 92次
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内容摘要


随着信息化的不断深入发展,信息安全越来越引起人们的广泛关注,如何实现重要信息的安全传输通信更是各国竞相争夺的焦点。经典通信安全一般采用基于现代密码系统的加密通信和隐蔽通信来实现,现代密码体制安全性的基石是计算复杂性,但随着计算机性能的提高尤其是量子计算机的不断发展,传统密码系统的安全性越来越受到威胁,同时传统的通信方式无法对中间人的窃听进行有效检测。作为一个新兴领域,将量子密码技术应用于通信,由于量子比特的海森伯格测不准原理和不可克隆原理等特性实现了信息传输的无条件安全和对窃听的可检测。本文紧跟量子密码的前沿方向,应用量子的纠缠性、海森伯格测不准和不可克隆性原理,结合传统隐蔽通信和量子通信,提出了量子隐蔽通信的概念,并进行了通信协议的实现,同时在量子隐蔽通信的应用方面作了一个崭新的尝试,对协议的安全性同样做了较深入的分析。本文主要取得成果如下:本文提出了量子隐蔽通信的概念,设计了基于量子稠密编码原理并符合监狱模型应用场景的通信协议,通过通信双方共享的密钥态实现了通信协议隐蔽性的需求,同时具有无条件安全性和对窃听的可检测性。本文提出利用量子通信过程中量子信道安全性检测时存在的冗余信息,在监狱模型场景下,设计了使用冗余信息先后利用稠密编码和隐形传态两个通信步骤实现了信息的隐蔽传输,同时具有无条件安全性和对窃听的可检测性。本文将量子隐蔽通信协议用于简单的电子现金支付系统,提出了一个基于GHZ身份认证的电子现金支付系统,该系统利用GHZ三重态实现对电子现金支付系统各方身份认证,利用身份认证时存在的冗余信息进行彼此间的隐蔽通信,同时该协议引入了可信第三方实现通信的匿名性,具有无条件安全性和对窃听的可检测性。本文提出的协议在量子密码学尤其是量子通信领域具有较大的理论意义;同时,提出的应用于电子现金支付系统的协议具有广阔的实际应用前景。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-15
  1.1 课题研究的背景及意义  10-11
  1.2 国内外相关技术现状分析  11-13
    1.2.1 经典隐蔽通信概况  11-12
    1.2.2 量子通信概况  12-13
    1.2.3 量子隐蔽通信现状  13
  1.3 论文的贡献和内容安排  13-15
第2章 量子密码学原理与技术及安全性分析  15-21
  2.1 引言  15
  2.2 量子信息的重要特性  15-18
    2.2.1 量子比特纠缠性  15-16
    2.2.2 量子比特测不准性  16-17
    2.2.3 量子比特不可克隆性  17
    2.2.4 量子相干性  17-18
  2.3 量子密码学的安全性分析  18-20
    2.3.1 密码系统安全性评价体系  18-19
    2.3.2 量子密码系统攻击方式  19-20
  2.4 本章小结  20-21
第3章 基于监狱模型的隐蔽通信协议  21-32
  3.1 引言  21
  3.2 基本原理  21-24
    3.2.1 监狱模型  21-22
    3.2.2 量子稠密编码  22-24
  3.3 隐蔽通信协议  24-28
    3.3.1 协议初始化  24-26
    3.3.2 信息隐蔽阶段  26-27
    3.3.3 窃听检测阶段  27
    3.3.4 信息提取阶段  27-28
  3.4 协议特性及安全性分析  28-31
    3.4.1 协议的隐蔽通信特性  28-29
    3.4.2 协议的经典攻击安全性  29-30
    3.4.3 协议的纠缠攻击安全性  30
    3.4.4 协议的无条件安全性  30-31
  3.5 本章小结  31-32
第4章 基于冗余信息的量子隐蔽通信协议  32-41
  4.1 引言  32
  4.2 基本原理  32-34
    4.2.1 量子隐形传态  32-34
  4.3 隐蔽通信协议  34-39
    4.3.1 冗余EPR纠缠粒子对的共享  35-37
    4.3.2 隐蔽传输机密信息中量子信息  37
    4.3.3 隐蔽传输机密信息中经典信息  37-39
  4.4 协议的特性及安全性分析  39-40
    4.4.1 协议的隐蔽通信特性  39
    4.4.2 协议的经典攻击安全性  39
    4.4.3 协议的无条件安全性  39-40
  4.5 本章小结  40-41
第5章 基于GHZ身份认证的隐蔽通信协议及应用  41-49
  5.1 引言  41
  5.2 基本原理  41-44
    5.2.1 GHZ三重态  41-43
    5.2.2 电子现金支付系统  43-44
  5.3 隐蔽通信协议及应用  44-47
    5.3.1 隐蔽通信量子信息  44-46
    5.3.2 隐蔽通信经典信息  46-47
  5.4 协议的特性及安全性分析  47-48
    5.4.1 协议的隐蔽通信特性和匿名性  47
    5.4.2 协议的经典安全性  47-48
    5.4.3 协议的无条件安全性  48
  5.5 本章小结  48-49
结论  49-51
参考文献  51-55
攻读硕士学位期间发表的论文  55-57
致谢  57

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 理论物理学 > 量子论
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