基于对称W态和身份认证的安全量子通信协议

由于W态纠缠的强鲁棒性,它被认为是更适用于量子信息处理和量子安全通信的信息载体。针对4粒子W态或3粒子非对称W态量子直接通信效率低下或物理实现困难等缺陷,利用3粒子对称W态和量子身份认证机制,提出了一种新的确定型安全量子通信协议。该协议由认证码生成、量子态准备、量子态分发、安全检测与身份认证和消息通信五阶段组成,通信双方只需进行两粒子Bell基、单粒子Z基或X基测量,通信效率也有所提高,即1个3粒子W态传输1经典比特信息。安全分析证明该协议能有效抵抗各类窃听者Eve攻击和伪装攻击,具有较好的安全特性。     

基于贝尔态的半量子安全直接通信协议

针对量子通信网络构建成本昂贵且效率低下的问题,基于贝尔态粒子和半量子理论,提出了一种易于实现的量子安全直接通信模型。首先,量子态的制备、Bell基测量等复杂操作交由拥有全部量子能力的服务端完成,用户端只需完成投影测量或者直接反射两种简单操作;其次,通信双方传输秘密信息前建立的量子信道以及提前共享的安全密钥,可以严格保障秘密信息不被泄露;最后,通过设计的编码规则,使得协议只使用较少量子资源就完成高效的秘密信息直接传输。通过计算可得,提出的量子安全直接通信模型粒子传输效率达到7.69%,安全模型分析表明了提出的通信模型在各种常见的攻击策略下都是安全可靠的。     

基于W态的量子安全直接通信协议

提出了一种新的两方量子安全直接通信协议。该方案利用有序的四粒子W态作为信息载体,利用幺正变换对秘密消息进行编码,通过当地Bell基测量和经典通信直接传递秘密消息。在理想信道下,协议对于非相干攻击是安全的。该方案的优点在于利用W态作为信息载体,较GHZ态而言,损耗要小得多,并且不需要在量子信道中传输载有秘密消息的量子比特。     

基于量子隐形传态的水下传感器网络分级加密通信协议

针对水下传感器网络中通信信息安全性与水声信道通信特性的不足,提出了一种基于量子隐形传态的水下传感器网络分级加密通信协议.一级在水面基站与自由水下航行器之间,采用量子隐形传态实现两者之间共享量子密钥,利用纠缠关联空间非定域性保证其通信信息安全性;二级在水下节点到水下自由航行器之间,采用对称加密算法实现两者之间信息的加密传输,利用对称加密快捷的优点提高其通信信息效率.分别对量子攻击、经典攻击及通信效率这3个方面进行了分析,证明该协议能有效防止量子态截获、重构、替换等攻击.     

可验证第三方的量子秘密信息平等互换协议

为了实现通信双方的信息交换,提出一种可验证第三方的量子秘密信息平等互换协议。该协议中,由第三方制备GHZ态,将其中的两个粒子分别发送给通信的双方。通信双方分别对收到的粒子进行泡利操作,然后发送给第三方;第三方对新的GHZ态进行测量并公布测量结果,通信双方根据公布的测量结果能够推测出对方的秘密信息。通过分析可知,该协议能够实现通信双方秘密信息的平等互换,可以对第三方的身份进行认证,第三方负责进行粒子的分发和测量,但不能获得秘密信息。该协议能够检测窃听,同时能够抵御截获重发攻击、中间人攻击和参与者攻击。     

基于部分纠缠态的量子安全直接通信协议

提出一种新的带认证的三方量子安全直接通信协议。该方案利用共享的三粒子部分纠缠态和CNOT门来编码和译码,两方可同时向第三方传递秘密消息,共享的部分纠缠态可重复使用。在理想信道下,协议对于非相干攻击是安全的。该方案通过认证可以验证客户端身份的合法性,部分纠缠态在实际中容易制备和保存,能够实现两方同时跟第三方直接通信。     

基于测量设备无关的可认证身份量子投票方案

为解决量子通信过程中的身份认证及协议的可实现性问题, 提出一种基于测量设备无关的带身份认证服务器的量子安全直接通信协议, 并依据该协议提出一种量子投票方案. 所提方案利用测量设备无关的量子密钥分配, 完备的量子加密, 以及经典的一次一密等技术, 不仅理论上确保方案的无条件安全性, 而在实际上也避免外部攻击者对测量设备漏洞的攻击. 此外, 所提方案使用BB84态的弱相干脉冲作为量子资源, 仅实施单粒子操作, 以及识别Bell态的测量. 因此, 基于现有技术, 所提方案具有良好的可实现性. 同时所提方案扩展了身份认证功能, 引入比特承诺, 使得监票人可以验证投票信息的完整性和正确性. 仿真结果和分析表明, 所提方案是正确的并具有理论上无条件的安全性, 即信息理论安全. 相较于现有的量子投票方案, 所提方案具有更好的可行性.     

具有双向身份认证功能的量子密钥分发协议

提出了一种具有身份认证功能的量子密钥分发协议。该协议利用Bell态纠缠交换特性、Bell基测量和按位异或运算,可以高效完成通信双方的身份认证;身份认证完成后,通信双方对手中粒子进行Pauli操作,能得到与对方拥有一样的Bell态粒子;通信双方按照约定的编码规则,得到相同二进制字符串作为密钥。分析表明,提出的密钥分发协议过程简单、操作容易实现,协议的安全性也能得到保证。     

基于W态的高效量子信息拆分方案

为提高基于W态的量子通信方案的效率,提出了一种新的基于W态的量子信息拆分(QIS)方案。该方案中,秘密分发者通过局域操作将经典信息编码在量子比特上,并在分发的量子比特中随机插入非正交态粒子进行检测窃听,参与者只需进行3粒子投影测量即可恢复秘密。方案使参与者能够利用1个W态直接共享2比特经典信息,并能够抵御截获-测量、截获-重发和纠缠附加粒子攻击,安全性得以保证。该方案效率较高, 理论上其量子比特效率为67%。     

基于GHZ态的无酉操作多方量子秘密共享方案

为了简化多方量子秘密共享协议,利用Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态和互补基特性,提出了一种简单高效的多方量子秘密共享方案。该方案无需进行任何酉操作,发送方和多个接收方之间只需一次量子通信,并使用互补基进行测量即可完成信道安全检测和秘密共享。除去少量用于检测量子信道安全的粒子,其余每个GHZ态粒子共享一个比特的经典信息。安全性分析表明该方案是安全可靠的。     

可控量子远程通信方案的研究

针对一般可控量子远程通信方案能防止外部窃听,但无法有效防止冒充攻击这一安全缺陷,提出一种具备身份认证功能的可控量子远程通信方案。可信任第三方Charlie利用纠缠交换对接收者Bob进行身份认证,在确定Bob的合法身份并将消息反馈给发送者Alice后,Alice再传送量子信息。该方案利用身份认证能有效防止冒充攻击,并能够增强量子信息传送的正确性和安全性。     

基于Bell态纠缠交换的身份认证协议

提出了一种新的量子身份认证协议,该协议以Bell态为传输载体,利用Bell态纠缠交换和Bell基测量对通信用户进行身份认证。两个Bell态的传送过程中不需要做任何的幺正变换,只需要执行Bell基测量和按位异或运算就可以实现信息的传输。整个过程中,量子载体操作简单且容易实现。此外,也验证了此协议的正确性。     

9-量子团簇态信道的非对称双向量子信息传输

利用一个9-量子团簇态为信道,分别提出了三个关于二量子态和三量子态的双向量子信息传输协议。在第一个协议中,Alice能把三量子a1、a2和a3的未知态传送给Bob,Bob能把二量子b1和b2的未知态传送给Alice。Alice采用特殊三粒子态测量基,使得方案简化了一半。在第二个协议中,Alice在远方的Bob处制备三粒子a1、a2和a3的已知态,同时Bob也能在Alice处制备二量子b1和b2的已知态。由于他们充分利用了前馈测量策略,制备任务能够完美完成。在第三个协议中,利用前两个协议的优点,Alice能成功将三量子a1、a2和a3的未知态传送给Bob,Bob也完美地在Alice处制备二量子b1和b2的已知态。     

基于高维纠缠态的量子密钥分发协议

为了提高量子密钥分发的效率和安全性,利用高维Hilbert空间中的Bell态和Hadamard门设计了一种量子密钥分发协议。首先通过量子态的动态演变验证了三维Bell纠缠态在Z基和X基下具有不同的表示特性,然后以此为基础进行协议设计,其中利用Z基测量来检测窃听,利用X基测量来产生密钥。安全性分析表明,该协议可以抵抗截获重发、纠缠附加粒子和特洛伊木马三种常见的攻击。最后将协议与其他方案进行了比较,该协议在保证量子比特效率50%的基础上,安全性也有所提升。     

基于GHZ态的身份认证与密钥分配方案

在量子密钥分配协议中存在这样一个基本假设,即攻击者不能同时获得量子信道和经典信道上的信息;为解决这一假设性难题,对量子的纠缠特性进行了研究,提出一种基于GHZ三重态的身份认证与密钥分配方案,该方案在建立一次量子信道后利用GHZ三粒子的关联性实现通信双方与仲裁第三方三者之间的身份认证,然后利用远程传态实现通信密钥分配以及新认证密钥的分配,确保通信方身份不可伪造与通信信息安全,最后结合常见的攻击方式论证了该方案的安全性。     

基于Bell态的量子隐私查询与双向身份认证方案

量子隐私查询可以同时保证用户和数据库提供商的隐私安全,量子身份认证可以在通信过程中实现更加可靠的身份认证。提出一种基于BELL态的多功能量子密码协议。基于非对称QKD的思想,又提出一种量子隐私查询方案。该方案可以帮助用户安全高效地实现隐私查询,同时严格保证数据库的安全性。为了提高量子资源的利用效率和增加量子资源的实际用途,完成非对称QKD过程后,该协议可以完成一次双向的身份认证过程。最后给出了严格的协议安全性证明过程。     

基于量子单向函数的身份认证和密钥分配协议

研究量子单向函数和信息分割原理,提出一种身份认证和密钥分配协议。使用可信服务器为示证者提供随机身份信息,以完成认证过程的确认,在密钥分配的同时进行认证,利用量子单向函数提高认证的安全性。实验结果表明,该协议涉及的量子通信技术易于实现,能提高密钥的分配效率。     

多用户网络量子密码术的改进

针对经典的利用EPR粒子纠缠态互换的量子密钥传输协议存在的问题,它提出了一个在多用户传输网络中,基于3个粒子的最大纠缠态GHZ安全的量子密钥传输协议.改进的量子密钥传输协议在通信节点与控制中心之间通过多个GHZ对完成该密码的安全分配系统.与经典的利用EPR粒子纠缠态互换的量子密钥传输协议相比,在传输网络中,窃听者Eve如果参与了3方的通信,要获得有用信息,必然要不断的引入错误,于是该网络的节点和控制中心将会发现Eve,保证了改进的多用户网络安全性.     

使用Bell态的量子多方秘密共享协议

提出一个n方量子秘密共享协议。该协议使用Bell态粒子,通过参与者陆续进行Pauli操作和H操作完成秘密的共享。在通信方面,该协议利用量子信道完成秘密的直接共享,而经典信道则负责完成安全检验,确保共享过程的安全。在安全性方面,该协议可以抵抗中间人攻击以及内部不诚实参与者攻击。     

基于单光子的量子双向同步身份认证协议

针对量子身份认证（QIA）存在的高效、双向、同步的需求,提出一种基于单光子的两方量子身份认证协议。首先于协议中采用了一种新型的单光子双向测量基编码方式,其次结合了Kerberos经典密码协议思想提出一种根据量子票据发起建立的认证流程。在此基础上,于认证过程中采用双向同步认证的策略。最后对量子通信和认证中存在的多种攻击方式进行概率计算和安全性分析,并同时试图将协议由两方推及到多方。研究结果与新型编码策略的基于制备-测量的量子身份认证相比,提出了一个完整的、防止用户抵赖的双向同步身份认证协议,并给出了将协议扩展到多方通信的参考原则。从结论上来看,所提方法提高了量子认证理论的高效性,支持了量子通信协议与经典协议的结合和借鉴的新的可能,实现了理论上不可抵赖的双方同步认证流程。