一种无证书的跨域量子密钥协商协议

针对传统跨域密钥协商协议安全性不足问题,提出一种新的跨域量子密钥协商协议。在无证书密钥协商体系下,采用量子密钥协商与经典密码算法结合的方案,提高了协议适应现有通信网络架构的能力。密钥协商过程使用三粒子量子隐形传态,利用量子态不可克隆定理保障协商过程中密钥的安全性。与其他方案相比,本协议具有较高的量子比特效率,并且可以抵抗中间人攻击、重放攻击等多种内部和外部攻击手段。     

一种高效的量子秘密共享方案

利用量子安全直接通信和量子密集编码的思想,本文提出一个新的基于GHZ三重态的高效量子秘密共享(QSS)方案.利用量子相干性和一个公开的比特串K,Alice直接让Bob和Charlie共享其秘密消息,而不是首先与Bob和Charlie建立共享的联合密钥,再用联合密钥传输消息.该方案中平均消耗一个GHZ态可以共享两比特的经典信息.我们分别给出了无噪声信道和有噪声信道情形的安全性分析,并重点就量子直接秘密共享和量子安全直接通信之间的区别说明了协议中使用公开的K的必要性.     

线性最近邻量子电路状态分析及最优逻辑综合

综合量子电路时必须考虑量子电路实现时的约束与限制.某些量子技术中只允许物理上相邻的量子比特有相互作用,实现时必须采用线性最近邻架构.通常通过添加交换门使任意一个量子门的控制位与目标位相近邻,并保证电路的功能不受影响.在分析电路中量子比特状态的基础上,提出了一种新的线性最近邻量子电路构造方法.结果表明:对于所有40320个三比特量子电路,提出方案比已有方案的量子代价优化了约30％.     

一种基于RSA算法的加密芯片设计

给出了一种1024位RSA算法加密芯片的完整设计方案.本方案采用了Barret模缩减算法和反复平方法,根据大数运算的特点和降低资源消耗的需要改进了电路结构,并采用全定制IC的设计流程进行实现.结果表明,该方案结构简单,资源利用率高,且能达到较高的性能.     

基于OpenFlow技术的量子密码通信网络设计

软件定义网络(SDN)通过OpenFlow技术将网络设备的控制平面和数据平面分离开来,从而实现了对网络资源的灵活控制。文中设计了一种基于SDN的量子密码通信网络模型,实现了对整个密码通信网络中量子密钥资源的灵活控制,保证了信息传输的安全性。此外,还提出了一种同时考虑跳数和端到端可用密钥的路由算法,使得由QKD生成的密钥得到有效的利用。实际测试结果表明,基于SDN和所提出的路由算法,有效地利用了量子密钥资源,提高了网络的性能。     

一种极化码MLC编码优化方案

为了降低极化码(Polar Codes)多层编码(Multilevel Coding)的实现复杂度,提出了一种改进的MLC编码实现算法。改进的算法中利用固定比特矩阵自包含特点,设计了一种使用单一编码器实现不同码率多层编码的方案,克服了算法中需要使用多个编码器的缺点,降低了系统复杂度和资源使用率。同时利用编码矩阵中BN可通过比特翻转实现的特点,提高了编码速度。理论推导和仿真结果表明改进的实现算法编译码性能与MLC算法性能一致,资源消耗更低。     

基于量子免疫蛙跳算法的图像增强研究

针对图像增强的特点,提出量子免疫蛙跳算法。该算法按适应度大小排序的青蛙个体进行量子编码,同时蛙跳移动离散化;通过动态调整量子蛙跳旋转门实现量子染色体中所有的量子比特都朝着与最优解对应的量子比特基态动态优化偏转;采用Hadamard门对量子位变异,基于阴性选择算法对蛙跳免疫进行像素匹配,并给出了图像增强过程。实验仿真表明,本文算法对图像增强效果的轮廓和细节更加清晰,层次感强,结构相似性SSIM其值较好,为0.9849。     

一种含有安全可信任中心的量子秘密共享方案

量子秘密共享（Quantum secret sharing , QSS）可以在不完全信任的通信双方间传递密钥,是量子密码的一个重要分支。本文提出一种含有安全可信任中心的QSS方案。其中,中心能够产生并提供量子态,也能够测量并提取量子态信息。通信用户（Alice、Bob和Charlie）不拥有量子比特产生器和测量器,只需通过幺正操作和交换操作实现密钥传输和窃听防范;同时,Bob和Charlie必须合作才能获得正确的密钥。理论分析表明该方案可有效地抵御截取重发攻击、纠缠测量攻击和关联提取攻击等常见攻击策略;由于方案减少了量子比特产生器和测量器的数量,降低了量子通信的费用。这将为量子秘密共享实用化提供一种可参考的方法。     

基于多项式基的Camellia算法S盒硬件优化

该文提出一种基于不可约多项式的Camellia算法S盒的代数表达式，并给出了该表达式8种不同的同构形式。然后，结合Camellia算法S盒的特点，基于理论证明给出一种基于多项式基的S盒优化方案，此方法省去了表达式中的部分线性操作。相对于同一种限定门的方案，在中芯国际(SMIC)130 nm工艺库中，该文方案减少了9.12%的电路面积；在SMIC 65 nm工艺库中，该文方案减少了8.31%的电路面积。最后，根据Camellia算法S盒设计中的计算冗余，给出了2类完全等价的有限域的表述形式，此等价形式将对Camellia算法S盒的优化产生积极影响。     

轻量级分组密码算法ESF的相关密钥不可能差分分析

八阵图算法(ESF)是一种具有广义Feistel结构的轻量级分组密码算法,可用在物联网环境下保护射频识别(RFID)标签等资源受限的环境中,目前对该算法的安全性研究主要为不可能差分分析。该文通过深入研究S盒的特点并结合ESF密钥扩展算法的性质,研究了ESF抵抗相关密钥不可能差分攻击的能力。通过构造11轮相关密钥不可能差分区分器,在此基础上前后各扩展2轮,成功攻击15轮ESF算法。该攻击的时间复杂度为240.5次15轮加密,数据复杂度为261.5个选择明文,恢复密钥比特数为40 bit。与现有结果相比,攻击轮数提高的情况下,时间复杂度降低,数据复杂度也较为理想。     

QKD系统中相位调制器驱动电路设计

相位调制器是量子密钥分发系统中不可缺少的调制器件,其输出调制信号的脉宽影响量子比特误码率.本文提出一种利用高速高频模拟开关实现相位调制器驱动电路的设计方法,仿真结果显示驱动电路输出电压脉冲脉宽可低于10ns,并能很好地应用到量子密钥分发实验系统中,从理论及实验上对实验方案的可行性及可靠性进行了验证.     

面向WSN的双向认证与密钥协商方案设计

由于无线传感器网络（Wireless Sensor Network,WSN）节点计算能力等资源受限，如何使用较少的计算量实现节点间的认证与密钥协商以保证通信安全一直是研究的热点。针对基于对称密码的认证方案网络扩展性较差、密钥更新困难的问题，以及基于非对称密码的认证方案计算资源开销大的问题，面向WSN安全需求，提出了一种基于身份的非双线性节点认证与密钥协商方案，以椭圆曲线密码算法（Elliptic Curve Cryptography,ECC）为基础，实现了通信节点之间的双向认证、会话密钥协商、确认和更新。分析表明，方案可以满足无线传感器网络节点密钥协商过程所需的几种典型的安全属性，且在资源消耗上有所优化。     

基于矩阵初等变换的四量子比特可逆电路综合算法

 量子可逆电路实现信息变换的过程可用一个酉矩阵算子表示,采用酉矩阵表示量子可逆电路能更好地反映量子系统的演化,体现量子计算所特有的属性.本文提出基于矩阵初等变换的4量子比特可逆电路综合算法.该算法恰当地利用量子电路的矩阵表示及变换和邻接矩阵的电路转化规则,总能以较小的量子代价综合出任意给定置换的4量子比特可逆逻辑电路.     

量子密钥分发网方案的改进设计

量子密码术要走向实用化,必须实现多用户间的量子密钥分配.首先介绍了基于EPR对的E91量子密钥分发方案.利用该协议,我们在现有量子密钥分发网方案的基础上提出了一种实现多用户网络下任意多个用户之间的密钥分发方案,并融合波分复用技术对级联式环型量子密钥分发网方案进行了改进.     

量子二分检索算法及其实现线路

考虑到量子比特与经典比特的本质区别,提出了一种量子二分检索算法.利用量子并行处理和量子置换操作,给出了量子二分检索算法的线路实现.通过实例表明,相比于经典二分法检索算法,本文提出的算法方案可以大大减少操作时序,降低整个算法的完成时间,对量子线路在"退相干"时间内完成量子信息处理具有重要的应用价值.     

用基本两位量子逻辑门实现N位量子逻辑门的研究

量子电路是实现量子态幺正演化的手段,一位和两位门是构成量子电路的基础。Barenco 用基本的两位量子逻辑门实现n位量子逻辑门功能,张登玉在Barenco的工作基础上对用基本的两位量子逻辑门实现n位量子逻辑门功能进行了改进。通过对Barenco方案和张登玉方案的分析和研究,提出了一个用基本的两位量子逻辑门实现n位量子逻辑门功能的新方案,该方案结构更简单,且所用的两位门更易于实现,同时指出和改正了张文的不太准确的结论。     

一种基于公钥的低成本RFID双向认证协议

基于目前资源消耗最少的RFID 公钥认证方案cryptoGPS 协议,提出了一种低成本双向认证协议,采用有效的密钥管理方法、改进的快速Rabin 加密算法、低汉明重量（LHW）模值以及轻量级流密码算法Grain V1,并设计使用新型低资源乘法器完成标签的大数模乘,在节省资源的同时克服了cryptoGPS 密钥管理不灵活和认证单向性的缺点。安全性分析和基于Design Complier平台Smic 0.25 μm工艺的仿真结果表明,该方案有足够的安全性且标签只需4 530个门即可完成双向认证,适用于资源受限的RFID系统。     

分组密码算法CTC的立方分析

立方攻击是在2009年欧洲密码年会上由Dinur和Shamir提出的一种新型密码分析方法,该方法旨在寻找密钥比特之间的线性关系。CTC(Courtois Toy Cipher)是N.Courtois设计的一种用于密码分析研究的分组密码算法,该算法的密钥长度、明文长度和迭代轮数都是可变的。文中利用立方攻击方法针对密钥长度为60bit的4轮CTC进行了分析,在选择明文攻击条件下,结合二次测试可恢复全部密钥,密钥恢复阶段仅需要不到2~10次加密算法。     

一种适用于RFID标签的安全化密码算法实现

鉴于射频识别（RFID）标签芯片苛刻的资源要求,为解决差分功耗分析（Differential Power Analysis,DPA）对密码算法实现方面的威胁难题,将新型DPA防护技术threshold与Piccolo密码算法相结合,提出了一种适用于RFID标签芯片应用的安全化密码算法实现方案.分别基于布尔式重组和改进型穷举搜索的方式实现了面积最优的S盒及其逆的threshold（3,3）分享,提出了基于锁存器方式解决S盒及其逆实现中潜在的毛刺威胁问题,在Chartered 0.18μm工艺和100 kHz RFID运行频率下,将该方案的资源消耗控制在2155个等效门,平均电流约为2.60μA,基于FPGA的DPA攻击安全性分析结果表明该方案适合于低成本RFID标签芯片对密码算法轻型及实现安全的要求.     

基于状态向量表示的快速量子仿真算法

本文给出了量子门的符号化表示形式,将n量子线路表示成一个控制位符号向量和一个低阶受控量子门的组合,避免了使用高维矩阵的巨大存储开销.对无循环格雷码生成算法进行扩展,提出了n元k定位二进制数生成算法.提出了快速量子仿真算法FQSA,将输入状态向量分组,用同一酉算子对各组进行矩阵向量乘积运算,从而快速产生输出状态向量.相比其他通用量子仿真算法,FQSA节省了存储空间,并具有最优的时间复杂度.仿真QFT表明,较当前最好的分治算法,FQSA极大降低了运行时间,提高了可仿真量子比特数.