基于糾纏量子安全通信理論研究

《基于糾纏量子安全通信理論研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、THEORETICALSTUDYONENTANGLEMENT-BASEDQUANTUMSECURECOMM烈ICATIONADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofDoctorofEngineeringBYLIUZhi—haoSupervisedbyProf．C皿NHan．VCUSchoolofComputerScienceandEngineeringSoutheastUniversityJanuary2013東南大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究

2、成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得東南大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說明并表示了謝意。研究生簽名：日期：20／,；．1、碑東南大學(xué)學(xué)位論文使用授權(quán)聲明東南大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)信息研究所、國家圖書館有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可以公布(包括以電子信息形式刊登)論文的全部內(nèi)容或中、英文摘要等部分內(nèi)

3、容。論文的公布(包括以電子信息形式刊登)授權(quán)東南大學(xué)研究生院辦理。研究生簽名：導(dǎo)師簽名：2Df事．／'z牛摘要不同于基于沒有被證明的數(shù)學(xué)困難性問題的計(jì)算復(fù)雜度的經(jīng)典安全通信，量子安全通信將安全通信建立在量子力學(xué)的客觀規(guī)律之上，理論上具有無條件安全性和竊聽的可檢測性，為信息的安全傳輸提供了新的思路和方法，被視為安全通信最有發(fā)展?jié)摿Φ姆较?，具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的不斷提高，特別是超級計(jì)算機(jī)和并行計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，基于計(jì)算復(fù)雜性假設(shè)的對稱和非對稱經(jīng)典密碼體系受到了嚴(yán)重挑戰(zhàn)。隨著新的算法如量子算法的提出，則加重了這一威脅。幸運(yùn)的是，現(xiàn)代量子力學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用為信息傳輸提供新的安全保

4、障。自從1984年第一個(gè)量子安全通信協(xié)議問世以來，眾多科研人員對量子安全通信保待著極大的興趣和信心，試圖將更多安全通信問題量子化，從而實(shí)現(xiàn)無條件安全的量子通信。正是基于此，本文對量子安全通信進(jìn)行了一定探索和研究并做出了階段性貢獻(xiàn)。以保障安全性、提高通信效率、降低復(fù)雜度和實(shí)現(xiàn)難度、簡化操作等為目的，利用糾纏這種特殊的量子資源和現(xiàn)象，對量子安全通信進(jìn)行了較為深入地理論研究。改進(jìn)了三個(gè)已有量子安全通信協(xié)議的安全性漏洞，設(shè)計(jì)了多個(gè)量子安全通信協(xié)議或模型，探討了多方、高維(高元)量子安全通信模式。提出了量子同時(shí)秘密分發(fā)概念。具體來說主要工作包括：(1)提出了能成功竊聽基于非最大糾纏態(tài)的雙向量子密碼協(xié)議

5、(STF-B協(xié)議)中確定性量子密鑰比特的充分必要條件。針對該協(xié)議存在的安全性漏洞，提出一種改進(jìn)策略。(2)在設(shè)計(jì)了構(gòu)建和測量一類四量子比特態(tài)的量子邏輯電路框架的基礎(chǔ)上，提出了最優(yōu)超密度編碼量子安全直接通信(QSDC)協(xié)議，并詳細(xì)證明其安全性。由于使用了超密度編碼思想，所以該協(xié)議具有最大資源容量和最高通信效率。進(jìn)一步，提出了能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)超密度編碼量子安全直接通信的充分必要條件，為設(shè)計(jì)該類協(xié)議提供理論支撐。(3)在詳細(xì)探究高維貝爾態(tài)及其糾纏交換的性質(zhì)的基礎(chǔ)上，提出了具有一般性和通用性的無酉操作確定性安全量子通信(DSQC)協(xié)議。通信雙方根據(jù)高維貝爾測量的結(jié)果，通過經(jīng)典模運(yùn)算即可完成信息的編、解碼，

6、這極大的簡化了操作和降低了實(shí)現(xiàn)難度和成本。構(gòu)造了兩組相互無偏基，并根據(jù)其互補(bǔ)性質(zhì)，提出了檢測高維量子信道是否安全的方法。詳細(xì)分析了幾種常用攻擊策略，并計(jì)算了這些攻擊所引起的錯(cuò)誤率，進(jìn)而推導(dǎo)出通信雙方需設(shè)定的錯(cuò)誤率閾值上界。(4)提出了基于測量和經(jīng)典操作的確定性安全量子通信(MCO-DSQC)模型或協(xié)議。在MCO-DSQC模型或協(xié)議中，經(jīng)典操作代替酉操作實(shí)現(xiàn)信息的編碼和譯碼，所以其與傳統(tǒng)模型或協(xié)議相比實(shí)現(xiàn)難度和成本更低，魯棒性更強(qiáng)。另值得一提的是，在基于單粒子的MCO-DSQC模型中，信息編碼置于量子態(tài)傳輸之后，這與傳統(tǒng)的通信模式截然相反，打破了傳統(tǒng)思維。(5)提出無酉操作的確定性多方量子秘密

7、共享(DMQSS)協(xié)議。僅需執(zhí)行高維貝爾測量，所有代理商合作并根據(jù)經(jīng)銷商公開的經(jīng)典信息即可恢復(fù)原始的秘密消息，表明在量子秘密共享中，酉操作并不是編碼確定性消息的必要條件。所提協(xié)議由于沒有使用酉操作，故實(shí)現(xiàn)難度和成本低，魯棒性強(qiáng)。此外，它由于利用高維貝爾態(tài)作為信息載體。故還具有一般性、高資源信息容量等特點(diǎn)。東南大學(xué)博士學(xué)位論文(6)分析了基于Z-型糾纏態(tài)的兩量子秘密共享(QSS)協(xié)議，指出該兩協(xié)議中共享的秘密能