新量子技术时代下的信息安全

量子技术将在未来深刻影响密码学以及信息安全行业。可以利用上千个量子比特运行量子算法的通用量子计算机将直接威胁信息安全基础算法,导致当前广泛使用的RSA等公钥密码被破解,也会使分组密码算法的密码强度减半。量子通信中量子密钥分发的实施会改变传统保密通信的物理结构。这些重大 应用价值也是发展量子技术的驱动力。结合当前一些关于量子技术的热点新闻,从量子计算和量子通信两个方面分别综述了量子技术对信息安全技术的影响。同时简要介绍了这些技术的最新发展现状,包括通用型和专用型量子计算机的发展、量子密钥分发技术实验室环境的进展以及天地一体化量子通信网络的发展状况等。最后对信息安全技术的未来形态做了思考和总结。未来量子技术将会与现有各种技术深度融合,共同存在。     

基于BB84的多用户量子密钥分发协议

BB84协议是目前最接近实用化的量子密钥分发(QKD)协议。点对点的量子密钥分发系统已经可以商用,但现有的多用户量子密钥分发协议都是采用量子纠缠、量子存储等技术手段进行密钥分发,在现有的技术条件下只能停留在理论阶段,离工程应用还有较长的距离。该文提出了一种基于BB84的多用户量子密钥分发协议,将计算机通信技术应用到量子保密通信中,实现一对多的量子通信网络的量子密钥分发,并从理论和实验结果两方面分析其可行性。     

一种量子安全拜占庭容错共识机制

针对经典区块链共识机制面临量子计算机攻击的问题,提出了一种量子安全拜占庭容错共识机制.首先,对于公钥数字签名存在的安全隐患问题,采用QKD网络进行量子密钥分发,通过经典网络传输消息和签名等信息,提出了一种基于量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)和多线性哈希函数族的无条件安全签名方案(...     

基于BB84协议的量子密钥分发系统研究

量子密码技术提出以后,得到了人们的普遍关注,它是目前唯一能够证明的绝对安全的保密通信方式。随着量子信息技术的发展,量子密钥分发技术开始从理论走向实际应用。为了研究在实际量子密钥分发系统中各部件对密钥分发效率的影响,提高密钥分发速率,对基于BB84协议的光纤量子密钥分发系统进行建模分析,研究了影响密钥分发效率的参数。数值仿真表明:准单光子源中平均光子数和光纤长度是影响最终密钥协商速率的关键参数。为进一步提高量子密钥分发系统的效率提供了参考。     

保障内容安全的量子密钥应用综述

从保障内容安全的角度出发,量子密钥能够实现无条件安全的保密通信,将其用于密码应用程序,可以极大程度地提高程序的安全性。结合目前量子密钥实际应用较少的现状,介绍保障内容安全的加密方式,同时对比分析量子密钥与传统密钥的特点,得出量子密钥比传统密钥更具优势的结论。在此基础上,阐述量子密钥分发网络的相关研究,分析量子密钥资源特点,阐述现有应用场景及应用方法,并对未来研究方向进行展望,针对量子密钥在通信协议、应用软件、硬件设备和密码资源改造等方面的应用给出合理建议。     

基于Bell态与其纠缠性质的量子密钥分发

为了提高量子密钥分发的可行性、安全性和效率,在通信双方间通过构建经典信道和量子信道,提出了一种基于Bell态与其纠缠性质的量子密钥分发协议.该协议可行、安全、简单有效,通过严格的数学推导证明了窃听者不可能获取密钥而不被发现.此外,得出了该协议效率与安全的数学模型,并通过MATLAB仿真分析了协议效率与安全的关系.     

量子密码技术现状及云安全应用展望

随着量子通信技术的快速发展，以量子密钥分发为核心的量子密码体系日趋成熟，量子密码技术因其安全优势已成为信息安全领域研究的重点方向。本文研究了量子密码技术的发展现状，针对量子密码技术在云计算安全中的应用进行了展望，提出了量子云密码体系、分布式量子安全云、基于量子密钥的云安全控制三个应用思路，对构建基于量子密码技术的新型云安全体系具有积极指导意义。     

星地量子密钥分发中的数据协调方法

量子密钥分发是基于量子物理基本定律来确保通信双方的安全性。低交互次数的数据协调是星地量子密钥分发数据后处理阶段的关键,依据星地量子密钥分发中数据协调的特性和要求,提出一种基于Turbo码的星地量子密钥分发数据协调模型。该模型重新修改和设计Turbo码的编解码模型及其译码算法,可解决星地量子密钥分发的数据协调过程需多次信息交互的问题。仿真结果表明,经过一定的迭代次数后,Turbo码可完成不同误码率下密钥的数据协调。     

基于Shamir算法的多QKD网络密钥共享策略

量子通信是近年来发展的新型交叉学科,是量子论和信息安全论相结合的新研究领域。量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)是最先实用化的量子通信技术,其需求主要包括小型化、低成本、应用场景等。当前应用主要局限于传输距离有限,需要专用基础设施。针对目前存在的问题,基于Shamir密钥共享算法设计了一种密钥共享策略,使处于不同QKD网络内的用户可直接通过量子密钥进行加密通信。     

一种基于有限密钥和诱骗态的双场量子密钥分发协议

量子保密通信技术为电力业务数据传输提供端到端的信息安全保障,双场量子密钥分发(Twin-field Quantum Key Distribution, TF-QKD)可实现无量子中继器的远程安全通信,但其安全性是基于无限密钥的假设。为解决现实场景中量子密钥有限和光子源不稳定的情形,提出一种基于有限密钥和诱骗态的双场量子密钥分发协议。在协议中采用诱骗态法和无替换的随机抽样法估计相位错误率,并利用Azuma不等式对协议进行安全性分析,验证了在不稳定光子源强度波动下协议的可组合安全性。数值模拟表明所提协议在不稳定光子源强度波动下得到的秘密密钥率可以超过线性密钥率的界线,且当信号脉冲数量较小时,强度波动对协议密钥率有显著影响。     

量子保密通信探悉

量子通信是经典通信和量子力学相结合的一门新兴交叉学科,它是目前科学界公认的惟一能实现无条件安全的通信方式.本文分析了现有密码系统存在的安全问题,介绍了量子密码术概念,深入剖析了最典型的量子密钥分发协议--BB84协议的全过程,并分析了它的安全性.     

论量子密码与量子通信

阐述了量子密码与量子通信的工作原理,论述了最奇妙的量子纠缠态和量子密钥分发原理,研究了量子密码与量子通信的发展历史,展望了量子密码和量子通信的光辉未来.     

分组加密算法的并行量子搜索攻击的研究

对称密码体制中的分组密码具有速度快、易于标准化和便于软硬件实现等特点,在计算机通信和信息系统安全领域有着广泛的应用.从量子计算机的角度考虑,结合Grover量子搜索算法与经典并行搜索的思想提出搜索分组加密算法密钥的并行量子搜索模型,针对典型的分组加密算法给出其相应的量子黑箱线路设计,最后对整个线路进行了简要的性能分析.     

具有少量参与者的分层量子密钥分发协议

分层量子密钥分发在量子通信中有重要作用,除了使用EPR与GHZ态可实现分层量子密钥分发,非对称高维多粒子纠缠也为解决分层量子密钥分发提供了一种新思路,这种方法在量子信道使用次数上比传统的使用二部链路的量子密钥分发更有效.介绍了3用户在同构意义下的5种分层密钥结构,并给出4、5用户的可分区分层密钥结构.然后对于所介绍的各类分层密钥结构,通过将上述两种方法进行对比,得到实现各类密钥结构理想化密钥率最高的方案.当量子网络用户大于3且密钥结构可分区时,证明仅使用EPR与GHZ态就可实现各层理想化密钥率是1,并以4、5用户的可分区分层密钥结构为例展开说明.     

基于纠缠的BB84协议仿真研究

将传统的量子密钥分发协议与纠缠光子对的纠缠特性相结合,提出了一种改进的BB84协议--基于纠缠的BB84协议.为了考察该协议的可行性,利用量子计算语言分别针对协议的正确性和安全性进行了仿真验证,并进一步考察衰落信道对协议工作的影响.仿真结果显示:理想情况下,协议安全工作时密钥生成效率为14/30,接近理论值50%;在存在第三方窃听时,其密钥生成效率仅为5/30,远远小于50%,由此通信双方可以判断出第三方窃听存在.由于信道衰落的影响,实际密钥生成效率远远低于理论值.得出结论:基于纠缠的BB84协议也是绝对安全可靠、切实可行的量子密钥分发协议;为提高密钥生成效率,应尽量减小信道衰落.最后,对协议的应用进行了展望.     

基于哈希函数链的组群通信实时密钥分发

组群通信作为计算机网络通信技术的一个重要应用,是一种高效的群组信息交互模式,但由于网络的安全威胁日益严重,组群通信需要保证信息的安全性,文章针对目前组群通信安全体系中的不足,根据哈希函数链的单向性,提出了一种基于哈希函数链的密钥实时分发机制,通过对哈希函数链应用,为每个用户组的成员分发特定的服务密钥,实现了密钥分发的在线性和安全性.然后根据随机函数的随机性提出了一种基于随机密钥预分配的组群通信密钥管理机制,通过为用户分配不同的密钥组,使得在一定程度内,即使攻击者获得大量的密钥也能保证通信的安全运行,从而实现了在不牺牲组群通信的工作效率的前提下提高系统的安全性.     

抗内部人攻击的安全组密钥分发协议

为了保障群组通信过程中的内容安全与成员的身份认证,需要一次性会话密钥对通信内容进行加密,密钥建立协议的主要任务是在群组通信开始前完成会话密钥的产生与分发,分为密钥协商协议与密钥传输协议。详细分析了Harn组密钥分发协议与Nam组密钥分发协议的安全漏洞,在Harn协议与Nam协议中,群组通信的成员可以获取其他成员的长期秘密数据,即协议无法抵抗内部人攻击。基于秘密共享理论,设计了安全的组密钥分发协议,能够有效抵抗内部人攻击与外部人攻击。     

量子计算机与经典计算机的比较

本文分析了经典计算机和量子计算机的异同;介绍了量子计算机的原理和特点,指出量子计算和量子信息技术在并行计算、保密通信等方面的重要应用。     

自组网中一种新的组密钥更新策略

组播是自组网应用中的一个重要组成部分,如何对组播通信中的密钥进行管理,使得密钥能够安全地分发和高效地更新是目前的一个研究热点。该文提出了一种新的组密钥更新策略。利用多个密钥池进行密钥预分发,建立对称密钥进行组密钥的更新,基于ID的密码系统,降低节点的计算量和通信量。该策略的安全模型符合主动外部攻击模型,满足强安全性。对新策略的安全和性能进行了详细的分析。     

量子计算机的研究与应用

介绍了量子计算的最新研究方向,简述了量子计算和量子信息技术在保密通信、量子算法、数据库搜索等重要领域的应用。分析了量子计算机与经典计算机相比所具有的优点和目前制约量子计算机应用发展的主要因素,最后展望了其未来发展趋势。