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。     

异构传感器网络的用户认证和密钥协商协议研究

物联网应用的安全和隐私保护问题是制约其进一步发展的关键因素,该文针对物联网中外部用户需要直接访问传感器节点获得信息的应用需求,基于异构传感器网络设计一个用户认证和密钥协商协议,保证信息传输的安全。协议在实现对所有参与者身份认证的同时,完成了用户和传感器节点之间的密钥协商。最后,该文从安全性和执行效率两个方面对所设计协议进行分析、比较,结果显示所设计协议是安全、高效的。     

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。     

一种针对密钥树的密钥状态维护方案

群密钥的协商和管理是安全群组通信技术的核心。TGDH和DISEC方案是两类重要的分散凑份式群密钥协商方案。这两个方案的共同特点是都采用密钥树来管理和组织群密钥的协商进程。本文针对这两个方案的共同特点，设计了一个针对密钥树的密钥状态维护方案。该方案能够帮助群组通信系统的成员在复杂成员关系变化事件下，确定自己需要更新的节点密钥和盲节点密钥，从而为凑份式群密钥协商方案的实现提供了有效的同步机制。     

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。     

一个有效的动态组密钥协商协议

针对常数轮基于身份(ID-based)的可验证密钥协商协议存在协商通讯效率不高，以及没有涉及到当组成员变动时如何重新协商的问题，采用分布式两轮组密钥协商协议中的环形组成员结构，利用单轮三方密钥协商协议技术，使得第二轮密钥协商阶段所需的广播交互信息的成员数较现有协议减少一半，提高了通讯效率.将协议推广到组成员动态变化的情形，当成员关系变化时协商的代价只与变化成员的数目相关，而与组内成员总数无关.分析表明，该协议是安全的，并且协商效率优于现有协议.     

基于四粒子纠缠态的两方量子密钥协商协议

量子密钥协商协议允许参与者通过公开的量子信道公平地协商一个共享秘密密钥，任何参与者的子集都不能独立地确定该共享密钥。它的安全性由量子力学原理保证，因此能够实现无条件安全，已经吸引了大量的关注。该文基于四粒子纠缠态和逻辑量子比特，提出了两个分别抵抗集体退相位噪声和集体旋转噪声的鲁棒的两方量子密钥协商协议。安全性分析证明这两个协议既能抵抗参与者和外部攻击，也能成功地抵抗两种特洛伊木马攻击。另外，这两个协议也能达到比较高的量子比特效率。     

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。     

两方量子密钥协商协议的改进

针对Hsueh和Chen的基于最大纠缠态两方量子密钥协商协议存在安全漏洞,即发送方可单方控制共享密钥的问题,通过增加接收方的幺正操作给出了一个改进方案.利用幺正操作来代替对发送方的安全检测,这从根本上满足了量子密钥协商中各参与者都贡献于共享密钥的生成和分配这一基本要求,从而使其抗发送方攻击的安全性依赖于基本物理原理而非检测光子技术.安全分析表明,该方案可有效抵抗外部攻击和参与者攻击.与另一改进方案相比,该方案以更小的代价解决了原协议的漏洞,提高了协议效率.     

基于QSA的量子密钥协商协议内部攻击分析

量子密钥协商(QKA)是量子密码学的一个重要分支,公平性和安全性是其需要满足的两个关键要求。然而在QKA协议的设计过程中,公平性并没有引起足够的重视。近期有学者提出了一种基于量子搜索算法(QSA)的QKA协议。通过利用贝尔态的纠缠性质对该协议进行内部攻击分析,发现第1个参与者可以在不被接收者检测到的前提下操控最终的共享密钥,即该协议不满足QKA协议公平性的要求。为设计更加安全、公平的QKA协议提供思路。     

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．     

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.     

基于QKD的组密钥服务协议研究

针对视频会议、网络游戏、股市交易等动态群组通信模型对量子组密钥提出的应用需求,在分析QKD网络组播结构的基础上,提出了一种基于QKD的组密钥服务协议。重点研究该服务协议的关键技术,并对协议的安全性进行了分析。     

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。     

概率致盲攻击模型下被动诱骗态量子密钥分发安全性分析

在量子密钥分发(QKD)系统实现的过程中,非理想的器件会使整个系统的安全存在一定隐患,比如攻击者可以针对非理想的单光子探测器发起致盲攻击,通常通过监测电流以发现致盲攻击.针对这一防御策略,人们又提出了概率致盲攻击,在不引起系统电流明显改变的前提下窃取部分密钥信息.诱骗态方案是现在QKD系统中普遍使用的方案,其中被动诱骗...     

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．     

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.     

Low complexity quantum private queries protocol

Private information retrieval(PIR) is an important privacy protection issue of secure multi-party computation, but the PIR protocols based on classical cryptography are vulnerable because of new technologies,such as quantum computing and cloud computing. The quantum private queries(QPQ) protocols available, however, has a high complexity and is inefficient in the face of large database. This paper, based on the QKD technology which is mature now, proposes a novel QPQ protocol utilizing the key dilution and auxiliary parameter. Only N quits are required to be sent in the quantum channel to generate the raw key, then the straight k bits in the raw key are added bitwise to dilute the raw key, and a final key is consequently obtained to encrypt the database. By flexible adjusting of auxiliary parameters θ and k, privacy is secured and the query success ratio is improved. Feasibility and performance analyses indicate that the protocol has a high success ratio in first-trial query and is easy to implement, and that the communication complexity of O(N) is achieved.