量子密碼與量子中繼研究.pdf

1、隨著人類社會(huì)的發(fā)展，保密的信息傳輸在商業(yè)，國防等領(lǐng)域的重要性越來越突出。密碼學(xué)是研究如何隱密地傳遞信息的學(xué)科。自香農(nóng)創(chuàng)建信息論以來，現(xiàn)代密碼學(xué)特別指對(duì)信息以及其傳輸?shù)臄?shù)學(xué)性研究，常被認(rèn)為是數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的分支，和信息論也密切相關(guān)。隨著計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)走向千家萬戶，密碼學(xué)也不僅僅應(yīng)用于國防，大型商業(yè)公司等對(duì)保密性要求極高的場(chǎng)合，在日常生活中，包括銀行自動(dòng)柜員機(jī)的芯片卡、個(gè)人電腦網(wǎng)絡(luò)通信、電子商務(wù)等等，密碼學(xué)也起著難以代替的作用。

2、>　　 密碼學(xué)主要分為對(duì)稱密鑰和非對(duì)稱密鑰(公鑰)兩大體系。公鑰密碼的安全性始終無法得到嚴(yán)格意義上的數(shù)學(xué)證明，而只能依賴于并非嚴(yán)格可靠的計(jì)算復(fù)雜性。另一方面隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，公鑰密碼學(xué)的安全性越來越受到挑戰(zhàn)。另一種密碼體系則似乎擁有安全性優(yōu)勢(shì)：對(duì)稱密鑰結(jié)合一次一密方法是目前唯一可以在理論上證明其無條件安全性的通信方案。然而這一方法也有其缺陷：首先一次一密需要大量的安全密鑰，最致命的弱點(diǎn)就是如何為通信雙方共享安全密鑰!?

3、
　　 幸運(yùn)的是量子密碼學(xué)給出了答案。從本質(zhì)上講量子密碼學(xué)解決的就是經(jīng)典密碼學(xué)無法克服的障礙：即如何安全的分配對(duì)稱密鑰。具體來說：量子密碼學(xué)就是指運(yùn)用量子力學(xué)的手段在不安全的信道上傳輸密鑰，任何竊聽者對(duì)密鑰的竊取都可以被合法的通信方發(fā)現(xiàn)。量子力學(xué)的基本原理：量子不可克隆定理，海森堡不確定性原理和測(cè)量塌縮理論決定了任何對(duì)密鑰的竊聽都可以被合法通信方發(fā)現(xiàn)。這樣就可以確保通信雙方共享的密鑰是安全的，沒有竊聽者知道其內(nèi)容。在這之后，再通

4、過一次一密的方法，通信雙方就可以進(jìn)行無條件安全的通信了。所以量子密碼術(shù)的本質(zhì)過程就是量子密鑰分發(fā)，但由此引出的一系列新的問題和方向，已經(jīng)使量子密碼術(shù)的內(nèi)容逐漸豐富起來。
　　 目前量子密碼的研究正在走向產(chǎn)業(yè)化。在面向?qū)嵱玫牧孔用艽a系統(tǒng)的研究中，安全性和可用性一直是其研究的核心內(nèi)容。雖然量子密碼的原理安全性已由理論嚴(yán)格證明，但是實(shí)際系統(tǒng)的不完美性總是會(huì)引入一些安全性問題。例如：實(shí)際的量子密碼系統(tǒng)往往使用弱相干態(tài)光源來代替理論上要求

5、的單光子源，這就為量子密碼系統(tǒng)帶來了安全性隱患。誘騙態(tài)方案正是為解決這一隱患而提出的。本人攻博期間在誘騙態(tài)量子密碼方面完成了以下幾方面的工作：
　　 1.基于本小組自主研發(fā)的Faraday-Michelson干涉儀，我們率先完成了123公里的誘騙態(tài)量子密鑰分配實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)采用兩強(qiáng)度調(diào)制光強(qiáng)實(shí)現(xiàn)誘騙態(tài)協(xié)議，脈沖重復(fù)頻率1MHz。
　　 2.第一次在理論上探討了基于修改相干態(tài)(Modified-Coherent-States，

6、 MCS)光源的誘騙態(tài)方案，證明了這一光源在實(shí)現(xiàn)誘騙態(tài)量子密鑰分配方面的優(yōu)勢(shì)。
　　 3.首次研究了無消相干子空間(Decoherence-Free-Subspace，DFS)編碼的量子密鑰分配方案的安全性漏洞，證明了這一方案同樣存在類似其他方案的安全性漏洞，需要采用誘騙態(tài)來提高安全性，同時(shí)本人給出了誘騙態(tài)的方法。
　　 量子密碼術(shù)研究的另一個(gè)重點(diǎn)就是如何實(shí)現(xiàn)長距離量子密鑰分配。由于光纖對(duì)光子信號(hào)的指數(shù)衰減作用，超長距離