基于对称W态和身份认证的安全量子通信协议

由于W态纠缠的强鲁棒性,它被认为是更适用于量子信息处理和量子安全通信的信息载体。针对4粒子W态或3粒子非对称W态量子直接通信效率低下或物理实现困难等缺陷,利用3粒子对称W态和量子身份认证机制,提出了一种新的确定型安全量子通信协议。该协议由认证码生成、量子态准备、量子态分发、安全检测与身份认证和消息通信五阶段组成,通信双方只需进行两粒子Bell基、单粒子Z基或X基测量,通信效率也有所提高,即1个3粒子W态传输1经典比特信息。安全分析证明该协议能有效抵抗各类窃听者Eve攻击和伪装攻击,具有较好的安全特性。     

基于贝尔态的半量子安全直接通信协议

针对量子通信网络构建成本昂贵且效率低下的问题,基于贝尔态粒子和半量子理论,提出了一种易于实现的量子安全直接通信模型。首先,量子态的制备、Bell基测量等复杂操作交由拥有全部量子能力的服务端完成,用户端只需完成投影测量或者直接反射两种简单操作;其次,通信双方传输秘密信息前建立的量子信道以及提前共享的安全密钥,可以严格保障秘密信息不被泄露;最后,通过设计的编码规则,使得协议只使用较少量子资源就完成高效的秘密信息直接传输。通过计算可得,提出的量子安全直接通信模型粒子传输效率达到7.69%,安全模型分析表明了提出的通信模型在各种常见的攻击策略下都是安全可靠的。     

基于W态的量子安全直接通信协议

提出了一种新的两方量子安全直接通信协议。该方案利用有序的四粒子W态作为信息载体,利用幺正变换对秘密消息进行编码,通过当地Bell基测量和经典通信直接传递秘密消息。在理想信道下,协议对于非相干攻击是安全的。该方案的优点在于利用W态作为信息载体,较GHZ态而言,损耗要小得多,并且不需要在量子信道中传输载有秘密消息的量子比特。     

基于量子隐形传态的水下传感器网络分级加密通信协议

针对水下传感器网络中通信信息安全性与水声信道通信特性的不足,提出了一种基于量子隐形传态的水下传感器网络分级加密通信协议.一级在水面基站与自由水下航行器之间,采用量子隐形传态实现两者之间共享量子密钥,利用纠缠关联空间非定域性保证其通信信息安全性;二级在水下节点到水下自由航行器之间,采用对称加密算法实现两者之间信息的加密传输,利用对称加密快捷的优点提高其通信信息效率.分别对量子攻击、经典攻击及通信效率这3个方面进行了分析,证明该协议能有效防止量子态截获、重构、替换等攻击.     

可验证第三方的量子秘密信息平等互换协议

为了实现通信双方的信息交换,提出一种可验证第三方的量子秘密信息平等互换协议。该协议中,由第三方制备GHZ态,将其中的两个粒子分别发送给通信的双方。通信双方分别对收到的粒子进行泡利操作,然后发送给第三方;第三方对新的GHZ态进行测量并公布测量结果,通信双方根据公布的测量结果能够推测出对方的秘密信息。通过分析可知,该协议能够实现通信双方秘密信息的平等互换,可以对第三方的身份进行认证,第三方负责进行粒子的分发和测量,但不能获得秘密信息。该协议能够检测窃听,同时能够抵御截获重发攻击、中间人攻击和参与者攻击。     

基于部分纠缠态的量子安全直接通信协议

提出一种新的带认证的三方量子安全直接通信协议。该方案利用共享的三粒子部分纠缠态和CNOT门来编码和译码,两方可同时向第三方传递秘密消息,共享的部分纠缠态可重复使用。在理想信道下,协议对于非相干攻击是安全的。该方案通过认证可以验证客户端身份的合法性,部分纠缠态在实际中容易制备和保存,能够实现两方同时跟第三方直接通信。     

基于测量设备无关的可认证身份量子投票方案

为解决量子通信过程中的身份认证及协议的可实现性问题, 提出一种基于测量设备无关的带身份认证服务器的量子安全直接通信协议, 并依据该协议提出一种量子投票方案. 所提方案利用测量设备无关的量子密钥分配, 完备的量子加密, 以及经典的一次一密等技术, 不仅理论上确保方案的无条件安全性, 而在实际上也避免外部攻击者对测量设备漏洞的攻击. 此外, 所提方案使用BB84态的弱相干脉冲作为量子资源, 仅实施单粒子操作, 以及识别Bell态的测量. 因此, 基于现有技术, 所提方案具有良好的可实现性. 同时所提方案扩展了身份认证功能, 引入比特承诺, 使得监票人可以验证投票信息的完整性和正确性. 仿真结果和分析表明, 所提方案是正确的并具有理论上无条件的安全性, 即信息理论安全. 相较于现有的量子投票方案, 所提方案具有更好的可行性.     

具有双向身份认证功能的量子密钥分发协议

提出了一种具有身份认证功能的量子密钥分发协议。该协议利用Bell态纠缠交换特性、Bell基测量和按位异或运算,可以高效完成通信双方的身份认证;身份认证完成后,通信双方对手中粒子进行Pauli操作,能得到与对方拥有一样的Bell态粒子;通信双方按照约定的编码规则,得到相同二进制字符串作为密钥。分析表明,提出的密钥分发协议过程简单、操作容易实现,协议的安全性也能得到保证。     

基于W态的高效量子信息拆分方案

为提高基于W态的量子通信方案的效率,提出了一种新的基于W态的量子信息拆分(QIS)方案。该方案中,秘密分发者通过局域操作将经典信息编码在量子比特上,并在分发的量子比特中随机插入非正交态粒子进行检测窃听,参与者只需进行3粒子投影测量即可恢复秘密。方案使参与者能够利用1个W态直接共享2比特经典信息,并能够抵御截获-测量、截获-重发和纠缠附加粒子攻击,安全性得以保证。该方案效率较高, 理论上其量子比特效率为67%。     

基于GHZ态的无酉操作多方量子秘密共享方案

为了简化多方量子秘密共享协议,利用Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态和互补基特性,提出了一种简单高效的多方量子秘密共享方案。该方案无需进行任何酉操作,发送方和多个接收方之间只需一次量子通信,并使用互补基进行测量即可完成信道安全检测和秘密共享。除去少量用于检测量子信道安全的粒子,其余每个GHZ态粒子共享一个比特的经典信息。安全性分析表明该方案是安全可靠的。     

量子安全通信开发回顾

回顾了量子通信协议的发展历程和各个研究方向,重点是量子直接安全通信(QSDC)问题。量子直接安全通信(QSDC)的安全性要求比量子密钥分配(QKD)要高,能够在密文信息泄漏之前察觉到窃听者。基于认证的量子直接安全通信(QSDC)的提出使得量子通信安全性达到了新的高度。     

Two authenticated quantum dialogue protocols based on three-particle entangled states

In this paper, we propose two authenticated quantum dialogue protocols based on three-particle entangled states, which are both completely secure and more efficient. The first controlled quantum dialogue protocol with authentication is creatively proposed, which is secure under not only some famous external attacks but also internal attacks, for example, the dishonest controller’s attack. This protocol has a slightly increasing efficiency and less qubit cost compared to previous protocols. Besides, we present the second authenticated quantum dialogue protocol, which has a high efficiency with 80% by integrating dense coding. This protocol can also resist various well-known attacks.     

基于单光子的量子双向同步身份认证协议

针对量子身份认证（QIA）存在的高效、双向、同步的需求，提出一种基于单光子的两方量子身份认证协议。首先于协议中采用了一种新型的单光子双向测量基编码方式，其次结合了Kerberos经典密码协议思想提出一种根据量子票据发起建立的认证流程。在此基础上，于认证过程中采用双向同步认证的策略。最后对量子通信和认证中存在的多种攻击方式进行概率计算和安全性分析，并同时试图将协议由两方推及到多方。研究结果与新型编码策略的基于制备-测量的量子身份认证相比，提出了一个完整的、防止用户抵赖的双向同步身份认证协议，并给出了将协议扩展到多方通信的参考原则。从结论上来看，所提方法提高了量子认证理论的高效性，支持了量子通信协议与经典协议的结合和借鉴的新的可能，实现了理论上不可抵赖的双方同步认证流程。     

无双线性对的无证书签名方案的分析及改进

对王圣宝等(王圣宝,刘文浩,谢琪.无双线性配对的无证书签名方案.通信学报,2012,33(4)：93-98)提出的不使用双线性配对运算的无证书签名方案进行安全性分析,指出该方案无法抵抗积极不诚实的恶意密钥生成中心(KGC)攻击,并给出了该攻击方式的具体攻击方法。针对这种攻击方式,提出了改进方案,并对改进的方案进行了安全性分析。分析结果表明,改进后的方案在保持原方案高效性的同时,能抵抗恶意KGC攻击,具有更高的安全性,并且改进后的方案不再需要使用安全通道,降低了通信复杂度。     

基于单光子的量子双向同步身份认证协议

针对量子身份认证（QIA）存在的高效、双向、同步的需求,提出一种基于单光子的两方量子身份认证协议。首先于协议中采用了一种新型的单光子双向测量基编码方式,其次结合了Kerberos经典密码协议思想提出一种根据量子票据发起建立的认证流程。在此基础上,于认证过程中采用双向同步认证的策略。最后对量子通信和认证中存在的多种攻击方式进行概率计算和安全性分析,并同时试图将协议由两方推及到多方。研究结果与新型编码策略的基于制备-测量的量子身份认证相比,提出了一个完整的、防止用户抵赖的双向同步身份认证协议,并给出了将协议扩展到多方通信的参考原则。从结论上来看,所提方法提高了量子认证理论的高效性,支持了量子通信协议与经典协议的结合和借鉴的新的可能,实现了理论上不可抵赖的双方同步认证流程。     

多态π演算的互模拟等价关系及其公理化

类型系统在分布式系统理论中有着非常重要的作用。在为π演算引入多态类型系统后,需要对新的环境下进程的等价关系进行研究。在多态类型系统下,环境只能得知进程中通道的抽象类型,而无法得知通道的具体类型,此时环境的区分能力被削弱,所得到的互模拟关系更为粗糙。本文在以往文献研究的基础上给出了多态π演算互模拟的一个公理系统,并证明了公理系统的一致性和完备性。     

基于Bell态纠缠交换的身份认证协议

提出了一种新的量子身份认证协议,该协议以Bell态为传输载体,利用Bell态纠缠交换和Bell基测量对通信用户进行身份认证。两个Bell态的传送过程中不需要做任何的幺正变换,只需要执行Bell基测量和按位异或运算就可以实现信息的传输。整个过程中,量子载体操作简单且容易实现。此外,也验证了此协议的正确性。