基于d维Bell纠缠态的量子安全直接通信方案

为提高昌燕等提出的量子安全直接通信的通信效率和安全性,设计了基于d维Bell纠缠态的量子安全直接通信方案.通信前发送方(Alice)对d维Bell态粒子进行幺正变换来编码秘密信息,将变换后的d维Bell态粒子二序列发送给接收方(Bob),利用通信双方各自的POVM测量结果和Bell态粒子的纠缠特性,结合部分经典信息实现秘密消息的传输.采用熵理论、概率论分析协议的安全性,结果表明提出方案是安全的,且比昌燕等提出方案的传输效率高,窃听探测率也提高了11％.     

基于n粒子GHZ态和单光子混合的量子安全直接通信

为了提高量子安全传输效率,采用n粒子Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)态的特性,对其与单光子混合的量子安全直接通信进行了研究,设计了通信的执行过程,讨论了通信的传输效率、量子比特利用率和编码容量,并对其安全性进行了理论分析。结果表明,该方案可以将信息的编码容量提升至(n+1)bit,将传输效率提升至200%。该协议能够抵御截获重发和测量重发攻击、特洛伊木马攻击和拒绝服务攻击以及辅助粒子攻击和纠缠攻击。     

基于W态的量子确定性密钥分发方案

提出了一种基于W态的量子确定性密钥分发方案,方案采用在量子信道中传输更加稳定的W态作为承载信息的粒子,利用量子相干特性以及一串公开的信息序列S作为密钥分发的关键,在兼顾传输粒子稳定性的前提下能够达到54.54%的密钥分发效率,与使用GHZ态相比,在效率相差无几的情况下保证粒子在传输过程中具有更强的鲁棒性。安全分析表明,此方案能经受窃听者采取的截获——转发（重发）攻击和纠缠攻击两种攻击方式,确保通信安全可靠。同时,该方案在执行过程中不涉及任何幺正操作,简单便捷。     

基于W态与Bell态纠缠的QDKD方案

为了提高密钥分发效率,利用量子密集编码的原理设计了一种基于W态和Bell态纠缠的量子确定性密钥分发方案(Quantum Deterministic Key Distribution, QDKD)。方案中,消息发送者Alice通过对持有粒子实施幺正操作实现确定性密钥的编码,接收方Bob利用粒子间联合测量获得确定性密钥。除去用于窃听检测的粒子,制备的粒子全部用于消息传输,每发送5个粒子可以实现5bits确定性密钥的分发。最后,利用信息论方法对方案进行安全性分析,结果表明,方案是安全可靠的,任何窃听行为能够被及时发现。     

基于GHZ态局域测量的量子秘密共享

提出了一个基于GHZ态局域测量的新颖且高效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,不需要进行任何酉操作或纠缠交换,只通过局域测量,就可在通信者之间建立共享联合密钥.除去用于窃听检测的粒子,其余粒子全部用于消息传输,每个GHZ态可以共享一个比特经典消息,效率达到100%.同时,对于可能存在的攻击方式,文中给出了详细的安全性证明.最后,建立了效率与安全的关系模型,并用MATLAB进行了比较深入的仿真分析.     

基于单粒子的量子公钥加密协议

提出一种基于单粒子的量子公钥加密协议。利用随机序列的映射关系对私钥实施量子操作,生成用于消息加密的量子公钥。根据量子不可克隆和密文不可分辨定理,引入新的量子源作为通信传输的载体,设计了易操作的加密编码和解密规则;采用分块的方法,优化了窃听检测方法,降低了对发送方存储能力的要求;结合一次一密的加密方案,保证了在量子通信信道中传送密钥和消息的安全性。基于纠缠态的量子加密算法和基于单粒子的量子公钥加密方案相比较,所提出的协议易于实现,具有良好的使用价值。分析表明,本协议是安全的。     

多维量子超密编码可控信息传输

在量子信息传输过程中应减少作为量子信道的粒子数并尽量增加传输的信息,保证传输过程的安全和对传输信息过程进行有效控制,提出了多维量子编码的可控信息传输方案。首先Alice要和Bob对编码的信息制定一个规范,然后,Alice对粒子做幺正变换,接受者Bob对接收到的粒子进行测量,并根据控制者Charlie发来的测量信息就可以知道Alice要传输的信息,这种量子信息传输要传输粒子少,而且有一个控制者可对传输过程进行控制,所以易于实现,而且保证安全。     

基于非最大纠缠态的受控量子安全直接通信协议

基于非最大纠缠两粒子态,提出一种多方控制的量子安全直接通信协议.通信过程利用decoy光子来检测窃听,保证信道安全.发送方直接将秘密消息编码在不同的两粒子态中,控制方对其中一粒子序列随机的执行一个幺正操作,接收方只有在得到所有控制方的同意之后,才能恢复出发送方的秘密消息.该协议中信道是非最大纠缠信道,不易受噪声的影响;由于两粒子态易制备,该协议现有技术可实现;所有粒子都用于传输秘密消息,量子比特效率较高.     

基于冗余信息的量子隐蔽通信协议

提出一个基于冗余信息的量子隐蔽通信协议。现行的经典隐蔽通信协议难以实现真正的无条件安全,且对中间监视人的攻击无法进行有效检测。将量子比特的相关特性应用于经典隐蔽通信中,利用量子隐形传态原理,提出了一个利用稠密编码通信中量子信道检测阶段共享的冗余EPR纠缠粒子对实现隐蔽通信协议,能够同时实现对所传输信息内容的保密以及通信过程的隐蔽,且具有无条件安全性和对攻击者的可检测性。     

N个接收方的同时密集编码协议

针对当前同时密集编码中接收方数量受限问题,通过引入n比特量子傅里叶变换,提出了具有多个接收方的非受控和受控同时密集编码协议。在非受控多方同时密集编码协议中,发送方在待传粒子上执行编码以及加锁操作,接收方只有联合执行解锁操作,才能同时获得最终的编码信息;在受控多方同时密集编码协议中,只有全体接收者在控制者的允许下通过协作才能完成信息的传输。通过对内部和外部攻击进行了分析,证实了同时密集编码协议的安全性。此外,所提出的方案中只使用Bell基测量,在实验条件下容易实现。     

基于单粒子态的双向认证多方量子密钥分发

量子密钥分发是一种重要的量子通信方式.为了提高量子密钥分发的可行性、安全性和效率,提出了一种基于单粒子态的具有双向认证功能的多方量子密钥分发协议.在协议中,量子网络中的任意两个用户均可在半可信第三方的帮助下进行双向认证并共享一个安全的会话密钥;协议中作为量子信息载体的粒子不需要存储,这在当前技术下更容易实现.安全性分析表明所提出协议在理论上是安全的.     

一种可多人验证的量子多重代理盲签名方案

多数情况下签名者只有一个人。当原始签名人无法亲自签名时,为了保证文件的有效性、防止权利过于集中,他可以委托多个人对文件进行签名和验证。方案采用量子密钥分发协议保证安全性,并利用幺正变换进行签名和验证,对签名和验证的顺序没有要求,并且签名和验证人数可以不同,提高了工作效率。正确性和安全性分析表明该方案技术实现简单,能够抵御主动和被动攻击,是一种安全的可实现量子多重代理盲签名方案。     

角度估计辅助量子密钥分发的毫米波大规模MIMO系统安全传输方案

毫米波大规模多输入多输出（multiple input multiple output ,MIMO）技术是第五代移动通信的关键技术之一,能够同时服务于多用户,显著提高系统吞吐量,但数据高速传输的同时,会面临很多安全威胁,容易受到攻击。现有的安全传输方案通常采用经典加密算法来保障通信安全,其安全性基于算法的计算复杂度,无法察觉窃听。量子密钥分发基于量子力学基本原理使通信双方产生并分享一个随机密钥,且一旦有第三方试图窃听则通信双方便会察觉,因此具有更高的安全性。本文提出一种基于量子密钥分发的毫米波大规模MIMO系统安全传输方案,同时用角度估计的方法产生参考序列作为量子密钥分发选择量子基的依据,既利用量子态的特性保证了通信系统的安全,又利用了毫米波MIMO通信系统的信号角度信息以提高密钥效率。实验结果表明,本文所提利用角度信息的方案相较于直接利用量子密钥分发,在充分保障系统通信安全的同时,密钥生成效率也有显著提升。      

一种基于光子偏振旋转的量子身份认证方案

实际的量子密钥分发过程中,传输损耗和探测器的效率都直接影响密钥的产生效率。量子身份认证需要通信双方保证认证信息的完整性。针对以上问题,提出了一种基于光子偏振旋转的量子身份认证协议,利用对认证信息的重复编码解决传输损耗问题。考虑到协议的安全性,该协议在相邻的有效认证量子态间编入随机态。安全性分析表明该协议可成功抵御截取重发攻击以及光子数劈裂攻击。在此基础上,设计了现有技术条件下可操作的认证系统方案,考虑了传输损耗和探测效率,具有实用意义。     

基于GHZ态纠缠交换的量子确定性密钥分发方案

为了提高确定性密钥分发效率,提出了基于GHZ态纠缠交换的量子确定性密钥分发(Quantum deterministic key distribution,QDKD)方案,方案充分利用量子力学纠缠交换的原理,通信双方通过共享一对GHZ粒子态,在纠缠、测量操作后接收者Bob可根据发送者Alice发送的经典信息推断出确定密钥,该协议与其他基于GHZ纠缠态的QDKD方案不同之处在于,使用的两个GHZ粒子态制备操作且粒子分发操作由Bob完成,安全分析表明窃听者的窃听行为会被及时发现。所提出的方案是高效的,除去用于窃听检测的粒子,所剩的粒子全部用于信息传输,能够达到60%的密钥分发效率,且方案可操作性强.     

量子通信城域网设备部署及应用的研究

依托量子通信城域网对量子网关设备产生的密钥进行网络分发,确保两地之间密钥分配的绝对安全,为用户提供加/解密密钥,实现数据传输的安全可靠。同时,随着国家《GB/T22239-2019信息安全技术网络安全等级保护基本要求》等保2.0的发布,探索量子通信城域网的部署变得尤为重要。因此,以量子通信技术为出发点,通过对量子通信城域网网络架构、设备部署、安全防护以及在政务方面的应用研究,提出了量子城域网相应的部署方案。     

簇态量子模糊哈希与隐蔽信息搜索(英文)

提出一种采用经典-量子ε-universal哈希类的簇态量子模糊哈希构造方法.传统哈希与模糊哈希算法不能有效抵抗量子攻击.通过采用diamond范数方法,构建了一种哈希函数类最优子集并且提供信息论意义上的更优安全性.基于量子簇态独特的物理级单向计算属性,相应算法更接近于物理可实现.进一步,构造了一种在信息安全与生物特征识别方面的隐蔽信息搜索策略.该生物识别搜索算法基于簇态量子ε-universal模糊哈希构建.该策略能有效抵抗量子算法攻击,确保数据存储安全,并降低了计算复杂度.相比于其他类似策略,此算法具有更精简的结构,理论分析表明此算法具有较高的识别效率与更好的数据安全性.     

用三态粒子的直积态进行量子密钥分配及受控量子直接通讯

基于Bennett等提出的非纠缠的非局域性,提出了两个三态粒子的直积态正交集的性质,即用三个幺正变换能够实现不同的复合空间之间的转换,并且不同的复合空间之间具有关联性.这些性质可以被用于量子通讯和量子密码术.作为这些性质的应用,我们提出了一个量子密钥分配方案以及量子受控通讯的方案.由此说明,将三态粒子的直积态用于量子信息处理,不仅具有大容量、高效率的优点,而且能够保证安全性.