基于BB84协议相位编码的量子密钥分发系统研究和实现.pdf

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第一章绪论量子保密通信概述方式,将人们带入了信息时代。随着信息在人们的生活中发挥着越来越重要的作在量子力学和信息科学的结合下,一门新的交叉学科——量子信息学应运而生始于上世纪六十年代的电子信息技术革命,深刻的改变着人们的生活和思考用,如何保障信息的安全性就显得至关重要,然而传统的密码通信并不能完全保证信息的安全性。与此同时,量子力学的发展却为信息安全打开了另外一扇门,相对于传统的密码通信,基于量子密钥分发的量子保密通信系统的安全性基于量子力学的基本原理而不是数学计算的复杂性,利用海森堡不确定性原理【亢臀粗A子态不可克隆原理【坷捶⑾智蕴拇嬖冢诶砺凵先繁A诵畔⒌奈尢跫踩浴量子通信是是近二十年来迅速成长起来的新领域,它是一个交叉学科,牵涉到量子力学、量子光学、信息论、光学技术、电子技术及通信技术等许多不同的学科。目前量子通信研究的主要内容有:量子保密通信、量子远程传态和量子密集编码等。其中基于量子密钥分发的量子保密通信是目前唯一能够实现无条件安全的通信方式,具有巨大的应用前景。本文所述内容主要讨论量子保密通信,在此进行着重介绍。保密通信的目的是让通信双方互相交流信息而不让非法第三者窃取或破坏信息的内容。最直接的办法是让通信双方先共享一串密钥,然后以此密钥对通信内容加密、解密,保密通信的关键就在于密钥纳伞NA送怀隽孔用茉糠址⒌特点,在介绍量子保密通信之前,先简要介绍一下经典保密通信。经典保密通信一般分为对称密码系统和非对称密码系统【苛酱罄唷对称密码系统又称为私钥密码系统,其基本原理是通信双方共享一个不对外公开的密钥此皆,依靠这同一个密钥进行加密和解密数据。这就意味密文的安全性完全依赖于密钥,只有密钥完全保密,才能保证密文的安全性。私钥密码存在很多问题,其中最重要的就是如何分配密钥才能完全杜绝密钥被恶意的第三方监听的可能性。已经证明,只有“一次性密码拍苋繁M耆ǖ陌踩裕耙次性密码暮寰褪敲慷蚊苈胫皇褂靡淮危⑶壹用苄畔⒌某ざ炔淮笥诿苈氡身的长度。然而“一次性密码”的效率非常低,尤其是密钥分配只能依靠收发双方直接会面或者由专门的信使传递,这很不方便并且可能会引起新的安全漏洞。非对称密码系统也称为公钥密码系统,它使用一对密钥来分别完成加密和解密操作。一个公开发布,称为公钥甂涣硪桓鲇捎没ё约罕4妫莆K钥P畔⒎⑺驼吒葑ㄓ妹茉考扑愠鱿嘤Φ墓ǹC茉坎⒔涔ǹ#
量子密钥分发的发展现状及前景后使用公开密钥将信息加密后传给接收方,信息接收者则用自己的私钥去解密。在此过程中必须保证使用公开密钥加密的过程是不可逆的,即由密文和公开密钥不能反推出原来的信息。公开密钥这种密码系统的安全性依赖于计算的复杂性,目前被广泛采用的苈胩逯凭褪腔谡飧鲈怼与经典密码通信不同,量子密码的理论基础是量子力学,它的安全性不是基于计算的复杂性,而是基于量子物理的基本特性。量子密钥分发依赖于量子物理的基本特性,未知量子态不可克隆定理保证了在量子信道上传递的信息只能有唯一的脚本,无法被扇出或复制,海森堡测不准原理使攻击者在窃听该脚本时有可能会破坏信息,收发端有可能通过一致性检验来发觉攻击者的存在,从而对密钥的保密程度有所掌控。量子密码利用这一原理,可使事先没有共享秘密信息的双方建立通信密钥,再采用香农已证明的“一次一密”密码通信,即可保证双方的通信安全。量子密钥的保密条件是假定攻击者对信道的控制能力有限,只能窃听但无法篡改经典信道,否则量子密钥的安全性也无法保证。当今世界上,许多国家都看好量子保密通信的前景。如美国白宫早在年就制定计划,要在三年内将量子密码实用化,其国家科学基金会在最近昴冢已经投资万美元;日本邮政省制定世纪“量子通信技术”计划,预计自年开始的年内拨款谌赵#勘晔窃昵昂螅贡C芡信网络和量子通信网络技术达到实用化水平。欧盟于年建立了集中个研究项目的国际财团,此外英、德、法等国家也各自开展了量子保密通信方面的计划。目前量子保密通信的研究主要集中在量子密钥的分发上。时至今日,由于及各种局域网的开通,银行业务中电子支付系统的广泛应用等,安全性成为首先考虑的问题之一,这给量子密码的应用提供了巨大的空间,量子密码通信技术的实用化已是一个明显的趋势,量子密码通信技术必将应用于实际的保密通信系统中。量子通信是通信技术的又一次划时代革命,与现行的通信技术相比,量子通信在保密性、通信容量、通信距离等方面具有十分显著的优势,是未来通信发展的重要方向,其优越的特点必将使量子通信在军事、国防、国民经济建设等领域发挥重要的作用。:一是制造物理学上不可伪造的“电子钞票涣硪幌罹褪鞘迪掷昧孔犹来传送消息的方案。但他的理论在当时并引起其人们的重视。