实用量子保密通信系统安全性的强化策略和分析

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信息革命给人类带来的高效率和高效益能否真正实现,取决于信息安全是否得以保障。量子保密通信,通常也称为量子密钥分发(QKD)提供了异地授权的双方在不安全的公开信道协商安全密钥的方法。这些方法是量子物理和密码学相结合的产物,其安全性由物理机制保证,是真正意义上的无条件安全密钥。 目前的量子密钥分发(QKD)系统在理论和实验方面都有了很大进展,取得了丰硕的成果,但QKD系统通信距离和安全码生成速率并不高,还不能与现有的电信网络集成,远远不能满足实际应用的需要,尤其是商业化的需求。这是由于量子密钥分发的特点所决定的,主要原因是:经典信道上交换必要的匹配基信息而导致的部分信息的泄露;量子信道对光源的单光子要求而导致的传输距离受限;密钥分发协议先天性的不高的理论分发效率。 本文针对以上的原因,讨论了实用的量子保密通信系统的安全性强化的策略,并且作出理论上分析。主要内容有: 一、针对现有的针对量子保密系统安全性攻击的策略进行归纳和分析,比较非相干与相干攻击两者的最优攻击效率。 二、如前所述原因,经典信道的通信泄露了关于密钥的信息,从而导致最终密钥长度的缩短,因此,针对经典信道的安全性进行分析,讨论,并提出对现有协议Cascade,Winnow的修正方案,并分析经典信道纠错协议的香农极限以及最优的hash纠错方案。 三、针对现有量子密钥协议对单光子态的要求,以及先天性的不高的理论协议效率,本文提出一种新的协议架构——基于随机相位编码的确定性量子密钥分发,在理论上分析该协议的效率和安全性表现,研究表明该协议的效率(理想状态达100%)比传统的协议更高,并能更加有效防范目前对QKD实用系统安全性威胁最大的各类量子信道的攻击。
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