量子密钥分发网络的多路径密钥传输方法研究

为了有效提高量子密钥分发(QKD)网络中保密通信的安全性和效率,该文提出了一种多路径密钥传输方法。首先,根据节点对链路的贡献率和密钥新鲜度计算链路成本函数;然后,采用基于最小堆优化的多路径选择算法选择多条最优路径;最后,采用密钥分块传输形式实现密钥在多条最优路径上的同时传输。对比结果表明多路径密钥传输方法具有更高的安全性和传输效率。     

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．     

自由空间量子通信系统研究

提出了一种用于自由空间的量子通信实验系统．该系统由两个子系统组成,分别使用衰减激光作为单光子源和纠缠光子对作为光源,可以分别研究单光子脉冲系统与纠缠光子对系统的大气传输特性,并进行了两种自由空间量子通信方式的性能对比分析．结果表明,低层大气对量子通信的影响较大,单光子脉冲系统的量子密钥传输率较高．     

量子密钥误码系数分析及对密钥分配的影响

分析了基于微弱相干脉冲量子密钥分配的误码系数,结果表明,误码系数并非为一固定常数,而是随着传输距离增加而变化。根据实验数据对误码系数与传输距离之间的关系进行了函数拟合,3个实验小组数据拟合出能够很好地符合同一指数函数形式。利用拟合的误码系数对诱惑态下BB84量子密钥分配方案的平均光子数进行了优化,根据优化结果,利用GYS的实验参数分析了Lo等人提出的诱惑态量子密钥效率表达式,结果表明,误码系数修正后的表达式具有更高的密钥生成效率空间。     

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．     

类基因密码的密钥识别管理

本文提出一种基于DNA存储、RNA转录模型下的密钥识别管理方法,传输机制采用量子通信机制,模型构想为采用“密钥胞”、“密钥核”构造结构机理存储密钥。密钥识别基于分子识别原理,利用分子接触时会产生分子间力的作用模型抽象成信息传递、信号接触后产生“识别作用力”来验证信源身份,进而产生“密钥胞”内部反应机制,将存储在密钥核的“密钥序”转录成密钥传送到密钥胞发送口,再传递给通过身份验证的信源。     

偏振光子的水下传输特性分析

提出了利用蒙特卡罗法对偏振光子在表层叶绿素浓度不同的4个海域中的水下传输特性进行研究。首先建立了水下量子信道垂直传输模型,基于此模型分析了在4个海域中叶绿素浓度、海水对光信号的吸收系数和散射系数随海水深度的变化规律。随后仿真分析了4个海域中偏振光子的散射、衰减和偏振度特性随传输距离的变化趋势,给出了不同传输距离时计算接收总光子数的公式。仿真结果表明,海水对光信号的吸收和散射作用主要受叶绿素影响;随着不同海域的表层叶绿素浓度增大,光子的散射次数增加,最远接收距离减小,光子偏振度略微降低但基本保持不变。研究结果可以为星-潜量子通信系统的性能分析和建立提供一定的参考。     

超导信道的量子密码通信

量子密码通信是一种新的密钥通信方法，可以发现任何窃听。现有的量子密码通信基于弱光传输。这里提出一种以超导信道中的约瑟夫森电子干涉效应为基础的量子密码通信方案，并讨论了其可行性和保密性。     

基于可信中继的广域量子密钥网络模型研究

针对目前对于广域量子密钥网络的认识不足、理论研究还不成熟的问题,以目前实际可行的由可信中继节点构成的量子密钥网络为对象,分别从系统结构、内部密钥关系、工作机制3个方面建立了广域量子密钥网络结构模型、密钥信息模型、行为模型,对广域量子密钥网络进行了详细研究。首先,从系统论角度出发,在现有量子密钥网络结构研究的基础上,根据密钥中继基本原理将量子密钥网络划分为5层,阐述了各层的详细组成及其之间的关系;其次,从信息论角度出发,将量子密钥网络抽象为由节点间密钥共享关系构成的密钥信息图,并且形式化定义了其中的节点、边等组成元素,进而,通过图论基本原理进一步描述了量子密钥网络5层结构模型的内部密钥信息关系;最后,从控制论角度出发,通过将量子密钥网络的密钥分发过程分解为基本的密钥关系建立、共享密钥生成两个基本操作,以密钥信息图逐层演进的方式详细展示了广域量子密钥网络的基本运行原理。通过分析表示,本文提出的量子密钥网络模型实现了量子密钥分发的分层并行流水密钥分发,能够保证密钥分发的安全性,为广域量子密钥网络的后续相关理论与技术研究奠定了基础。     

标记光源的量子密钥分配方案

研究了基于实际系统的量子密钥分配协议.在使用纠缠的基础之上,提出了一种使用光子数可分辨探测器的标记单光子光源的量子密钥分配方案.分析和计算结果表明,该方案不仅可以增加安全通讯的距离,而且可以有效降低对实验技术的要求.     

基于量子密码与保密通信研究

随着信息网络技术的快速发展,大量的信息需要通过网络传输,传统的保密通信系统面临着新的挑战。量子计算机可以轻易地破译以往认为非常难以破译的加密算法,发展新的加密技术极其重要。量子密码学建立在量子力学的基础上,用量子状态作为信息加密和解密的密钥,是一种全新的保密通信系统。与建立在复杂数学计算基础上的传统加密算法相比,量子密码技术在理论上是绝对安全的,在信息交流日趋频繁的今天具有广阔的应用前景。     

利用贝尔测量的高效量子密钥分配协议

提出了一个建立在EPR关联之上的量子密钥分配协议。通信双方通过交换量子位和贝尔测量建立起共享的密钥,没有第三方可以窃取密钥而不被发现,因此该协议是安全的;该协议也是高效的,除了少数用作检错的量子位之外,所有的量子位都对密钥有贡献。     

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．     

一种量子密钥分发和身份认证协议

提出了一种基于量子纠缠态和非正交态的密钥分发及身份认证协议.其中纠缠态粒子用来分发密钥,非正交态粒子用来认证身份和检测量子信息有无被窃听.两者用"按密钥穿插"的方法混合在一起进行传输.由于非正交态粒子的双重作用,不但使得认证过程中不必传递经典信息,而且提高了密钥分发效率.另外此协议同时完成了密钥分发和身份认证,有效防止了以往所提出的协议中可能存在的假冒问题.     

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.     

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。     

量子密钥分发中的验证方案

设计了一个基于BB84协议的验证方案,并提出一种改进的产生初始共享密钥的方法,该协议不仅能分发量子密钥,同时能验证所得量子密钥的真实性。     

量子移动通信最优纠缠中继与量子搭桥方案研究

根据量子力学原理,量子通信具有经典通信无可比拟的安全保密性,因而成为当前通信领域新的研究热点。量子移动通信是未来量子通信系统的重要组成部分,纠缠中继是量子移动通信的关键技术之一。然而,由于在无线信道上存在各种干扰和噪声,使得量子纠缠态远程传送的实现面临很大困难。为此,本文提出了基于量子态隐形传送的移动纠缠中继和量子搭桥方案,建立了网络的分层结构模型,研究了相关的路由协议(QMRP协议)。分析结果表明,即使在移动终端之间没有共享EPR纠缠对的情况下,该方案仍然可以完成量子态的无线传输,而且其传输时延与链路的距离和基站数目无关,因此,从数据传输时延的观点来看,本方案是最优的。     

基于BB84协议的量子加密

信息的安全性取决于密钥的安全而不仅是算法的安全。介绍了量子加密以及BB84协议,对其安全性进行了分析,并给出例子详述量子密钥的传送过程。理论分析证明,这种密钥分配方案是绝对安全的。     

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.