基于纠缠交换的量子身份认证协议

提出了基于纠缠交换的量子两方身份认证协议,并扩展到基于纠缠交换的量子多方身份认证协议.协议中通信用户初始共享的纠缠粒子对用作认证密钥.用户通过对事先共享的纠缠粒子对进行纠缠交换和经典通信,实现用户之间的身份认证.另外对2种量子身份认证协议的安全性分别进行了分析.     

高效的量子密钥分配协议

为提高量子密钥分配协议的密钥生成率, 构造了一组两方三级系统的完备正交归一化基. 利用该正交归一化基和交换粒子之间的纠缠提出了一种量子密钥分配协议. 三级可以推广到多级,利用粒子之间的纠缠交换和多级密钥分配可以极大地提高检测窃听的效率、密钥生成率以及信息容量.     

多用户量子密钥分配方案及协议设计

在纠缠态和纠缠交换的基础上,提出一种多用户量子密钥分发方案及协议．该方案只需n个量子信道就可实现n用户系统两两之间的密钥分发．量子交换中心通过纠缠交换建立量子信道,量子信道一旦建立,系统中任意两个用户即可进行量子密钥分发．还探讨了系统容量问题,结合话务量的概念,给出了量子Bell基测量单元数m与用户数n的关系式．量子交换中心完成纠缠交换后不再介入密钥分发,从而保证了通信的安全性．     

基于Bell态的两方互认证量子密钥协商协议

针对已有互认证量子密钥协商协议需要可信或者半可信第三方参与造成的步骤繁琐且通信量大的问题,基于Bell态和其纠缠交换性质提出了一个新的两方量子密钥协商协议。该密钥协商协议无需可信或者半可信第三方的参与,就能实现参与者之间的身份互认证和公平的密钥协商,因此降低了协议的通信复杂度。安全性分析表明,该互认证的密钥协商协议能保证身份认证过程可以抵抗假冒攻击,密钥协商过程能抵抗外部攻击和参与者攻击。另外,与已有互认证量子密钥协商协议相比,该协议的量子比特效率较高,且其量子态制备和测量用现有技术更易实现。     

基于W态的量子密钥分配和秘密共享

介绍了W态的特点,证明量子密钥分配和秘密共享方案所基于的W态只能为系数全部相同的对称形式,提出了一种基于W态的量子密钥分发方案。接收方随机非对称地使用消息模式和控制模式来保证该量子密钥分发协议的安全。继而分析该协议的安全性。提出了一种基于W态的量子秘密共享方案,分析了该协议的安全性。与以往采用GHZ最大纠缠态的量子密钥分配和秘密共享方案相比,基于W态的方案效率不高,本文的目的是为了证明可以采用不同于GHZ态之外的其它态用于量子密钥分配和秘密共享。     

基于GHZ态的两方量子密钥协商协议

针对目前基于多粒子纠缠态的量子密钥协商协议利用现有技术无法实现多粒子纠缠态的联合测量问题, 本文基于三粒子GHZ态,提出了一个新的两方量子密钥协商协议。该协议通过利用三粒子GHZ态的测量相关性和延迟测量技术,确保了两个参与者能公平地建立一个共享秘密密钥。由于该协议仅用到了Bell测量和单粒子测量,它在现有技术基础上实现较容易。安全性分析证明了此协议既能抵抗参与者攻击和外部攻击,也能成功地抵抗两种特洛伊木马攻击。并且该协议不但在无噪声量子信道上是安全的,而且它在量子噪声信道上也是安全的。最后,与已有的安全两方量子密钥协商协议比较发现该协议也能达到很高的量子比特效率。     

抵抗多次拦截攻击的量子密钥分发中的身份认证

指出多次拦截技术对于经典身份认证是无意义的,但是在设计量子身份认证协议时必须要考虑这种攻击手段,故认为主动攻击者利用多次拦截技术,可以测量携带身份信息的确定粒子的多个副本,准确地获得粒子的态,成功地攻破近年分别由Daniel Ljunggren和Zeng Guihua等人发表的2个量子身份认证协议。给出的量子身份认证协议中引入了基于时间参数和认证密钥的伪随机序列,使攻击者进行的拦截次数只有达到时间参数长度的指数级,才能获得同一粒子的副本,逃避了多次拦截攻击。     

一种基于量子保密通信及信息隐藏协议方案

为保证网络信息安全,提出了一种具有高安全性基于量子保密通信及信息隐藏协议方案.方案整体上采用与传统经典载体信息隐藏相类比的方法,根据量子态利用量子力学性质设计秘密信息编码方案隐藏秘密信息;利用2个n(n为大于2的整数)粒子纠缠态之间的纠缠交换、一个m粒子纠缠态与一个n(m、n为大于1的整数且m≠n)粒子纠缠态之间的纠缠交换设计秘密信息编码方案,将隐秘信道建立在量子保密通信协议中形成最终的量子信息隐藏协议.并且有望提高目前量子信息隐藏协议的隐藏容量和安全性.     

利用正交直积态的量子密钥分配协议

基于量子密钥分配协议是目前实现密钥分配最安全的方法,两个三态量子位组成的复合系统中存在一组正交直积态,它可以表现出非定域性。该文提出了一个建立在该系统的非定域性基础上的量子密钥分配协议,协议双方通过交换量子位和集体测量建立起共享的密钥。量子力学的基本原理保证了该协议是无条件安全的,没有第三方可以窃取密钥而不被发现。该协议不需要纠缠态,也不需要做任何量子操作。因此,它更容易在实践中实现,同时具有更高的可靠性与健壮性。     

四粒子团簇态的量子信息分离

提出一个应用两个非最大纠缠态作为量子通道分离未知四粒子团簇态的方案.方案中,发送者制备初始态和作为量子通道的纠缠态,并将部分粒子分别发送给接收者和控制者;发送者与控制者分别对粒子作Bell基联合测量,并利用经典通道将测量结果告知接收者;根据测量结果,接收者在其粒子上执行相应的操作,从而完成量子信息分离.     

正算子估值测量量子密钥分配方案及安全性分析

为探索一种直接应用正算子估值测量进行量子密钥分配的最佳方案,利用正算子估值测量对两个非正交量子态的可靠识别,提出了一种使用该测量法直接进行量子密钥分配的方案.分析了无噪信道环境下具有最佳安全性兼具较高效率、两非正交量子态间最佳夹角的取值,及在此情况下窃听者造成的错误率门限.计算表明,本方案通信双方密钥的分配效率可达50%,对窃听者的检测率达6.25%,仅需3次密钥协商过程,达到或优于主流经典量子密钥分配协议各项指标,有一定实际应用价值.     

基于密钥位协商的多路径量子密钥协商技术研究

提出了在多路径、多用户QKD网络环境中利用密钥位协商技术在任意两个QKD节点之间进行量子密钥协商的安全机制。采用基于密钥位协商的多路径量子密钥协商技术,入侵者如果要获取两个QKD节点之间的最终会话密钥,将不得不侵入网络中的所有中继设备并截获所有可能路径上的信息。分析结果表明,该方法使得网络中任意两个QKD节点之间的密钥协商安全性均得到较大提高。     

地磁场对星地量子密钥分配的影响

偏振跟踪技术是自由空间量子密钥分配中的关键技术之一．本文建立了星地量子密钥分配链路模型,研究了地磁场对光子偏振态大气传输的影响．理论分析和数值计算结果表明,光子在大气传输过程中,光振动平面会发生旋转,旋转角度的量级为10^-3tad．     

基于切尔诺夫界的量子密钥分发统计涨落分析方法

量子密钥分发（quantum key distribution,QKD）是量子信息科学的重要应用之一.在实际执行量子密钥分发协议时,由于有限码长的原因,实验得到的测量值受到统计涨落的影响.基于切尔诺夫界给出了一种严格的QKD中数据统计涨落的分析方法并将其应用到偏选基诱骗态QKD协议中,新的方法只要求每次测量独立同分布,对样本容量没有要求.仿真结果显示,新方法能取得和已有方法近似的结果.     

一种可提高安全通信距离的诱骗态量子密钥分发方案

为提高量子通信安全通信距离,提出一种将修正的相干光(MCS)用于诱骗态量子密钥分发的方案．通过削除弱相干光源中的两光子脉冲,降低多光子脉冲的影响,从而提高安全通信距离．理论分析得到了采用MCS后的单光子计数率和误码率的数学表达式．仿真结果表明,在相同的密钥产生率下,此方案将量子通信的安全通信距离提高约10％,接近完美诱骗态方案的安全通信距离．     

量子通信网络中高斯信道的研究

从量子Fokker-Plank方程出发,在量子通信网络中构造出一种可行的量子高斯信道。变换Fokker-Plank方程的解并代入互信息公式经过一系列的复杂运算,得到相干态表象中的量子动力学互信息方程,在此基础上,提出具有可行性的量子态并行传播方案。该方案将光子加密态的系数看成信号,将传递在量子高斯信道中的信息进行编码后输入,然后通过提取和解码光子加密态的系数得到输出端信息。利用携带量子信息的谐振子编码态在量子高斯信道中进行传递,与经典高斯信道相比具有量子并行性的优点。     

利用GHZ态实现可控的量子秘密共享

提出了一种利用Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)态实现秘密重建时机可控的量子秘密共享方案. 该方案充分利用了GHZ态3个粒子间的相关性和Hadamard门的特殊性质,通过让Bob和Charlie共享GHZ态共享联合密钥,并使用Hadamard门保证了协议的可控和安全. 方案中,平均消耗1个GHZ态可以共享3 bit经典信息. 由于所有量子态的传输都是单向的,且除去用于检测窃听的粒子外其他均用于有效传输密钥,所以量子比特效率理论上接近100%.     

云边协同光量子物联网架构及资源分配

在物联网(IoT)技术领域,通过云计算与边缘计算的协同,构建云边协同IoT可以显著减少核心网络中的流量负载以及IoT业务的服务时延。然而,传统密码学技术无法抗衡量子计算机的攻击,IoT的数据传输安全倍受威胁。量子密钥分发技术的应用,能够增强云边协同IoT安全能力。为了提升云边协同IoT的安全,基于量子密钥分发设计了一种云边协同光量子IoT安全体系架构,以及内嵌量子密钥服务的IoT网关模型与工作流程。同时,在该架构下,为了承载IoT业务并为其分发密钥,提出了面向业务密钥需求的节点密钥供应能力属性,以及节点密钥供应能力感知的密钥资源分配方法。仿真实验结果在密钥供应成功率、业务平均密钥消耗量和网络密钥利用率方面验证了所提方法的性能。与对比方法相比,所提方法能够显著提升密钥供应成功率。     

一种新的双模态光源诱骗态量子密钥分配方案

提出了一种新的基于双模态光源的被动诱骗态量子密钥分配通用方案.作为双模态之一的标记态,在发端经过分束和检测后获得4类探测结果,据此,将作为信号态的另一模式分成4个非空脉冲集合,从而利用这4类脉冲进行参数估计和密钥提取.同时,基于预报单光子源和标记配对相干态光源对此方案展开了性能分析,讨论了发端探测器不同探测效率对系统性能的影响,并对实际系统进行了统计波动分析.仿真结果表明:方案性能在误码率和安全传输距离(可达198.6 km)方面都优于现有基于不同光源的3强度诱骗态量子密钥分配方案;采用标记配对相干态光源的各方面性能均优于采用预报单光子源;密钥生成率随发端探测效率的增大而增大;考虑统计波动时,标记配对相干态光源的有效性也要优于预报单光子源,且其数据长度为109时,此方案最大安全距离达到164 km;此方案仅需使用单一强度脉冲,在降低调制光源实现难度的同时又提升了系统性能,对QKD系统的工程实现具有一定的参考价值.