量子随机性认证及量子密码实际安全性研究

发布时间：2021-03-21 18:49

　　量子力学与信息科学的结合产生了量子信息科学。量子信息科学在基本微观粒子层面上,研究信息的表示、存储、传输和计算。主要包括:量子随机数、量子通信（量子密码,量子隐形传态）、量子计算、量子模拟、量子度量学等。量子随机数发生器（QRNG）基于量子力学基本原理产生随机数,真正具有不可预测性和不可复制性,也被称为真随机数。无论对于经典密码还是量子密码,安全的随机源都是密码系统的基石,QRNG因其真随机和高速率在密码系统中具有广泛应用。然而,在QRNG实际设备不可信或者不完美的情况下,则需要采用量子随机性认证方法,来估计实际QRNG协议或系统中的量子随机性。量子密码,严格地说是量子密钥分发（QKD）,基于量子力学基本原理,提供理论上无条件安全的秘钥共享方式。这种无条件安全假设窃听者拥有很强大的物理操作能力和计算能力,甚至可以拥有量子计算机、量子存储等。然而,实际QKD系统却面临很多安全挑战。由于物理器件与理论模型存在差异,实际QKD系统的光源端、探测器端和编解码器等都存在诸多安全漏洞。本人的研究主要关注与QRNG和QKD相关的安全问题。一方面,研究在设备不受信或不完美时,QRNG协议能够产生多少安... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：101 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１电子双缝干涉实验

它证实了量子纠缠的存在。事实上，到目前为止，测试量子力学非局??域性关联的每一个实验都证实了这一点［６－１２］。这表明尽管量子力学违反直觉，??但它从根本上说是正确的。图１．２中给出了一种Ｂｅｌｌ测试游戏示意图，在Ａｌｉｃｅ和??Ｂｏｂ之间，量子非局域关联能够获得比经典关联更高的分数［１］。??Ａｌｉｃｅ?????Ｔｉｍｅ?．ｒ?ａ??９ｉｉ００?ｌｅｆｔ?０?、?ＩＸ??９ｈ０１?ｌｅｆｔ?１??９ｈ０２?ｒｉｇｈｔ?１??９ｈ０３?ｌｅｆｔ?１?Ｊ??９ｈ０４?ｒｉｇｈｔ?１??９ｈ０５?ｒｉｇｈｔ?０??Ｂｏｂ??…ｂ??９ｈ００?ｌｅｆｔ?０??９ｈ０１?ｌｅｆｔ?１??９ｈ０２?ｌｅｆｔ?１??９ｈ０３?ｒｉｇｈｔ?１?＿／??９ｈ０４?ｒｉｇｈｔ?０??图１．２测试量子非局域关联的Ｂｄ丨测试游戏示意图。图片引自文献［１］??既然如此，我们可能会问，量子纠缠可否用于超光速地传递信息？在回答这??个问题之前，我们先回顾一下信息论的知识。??信息论是一门研宄信息的量化存储和传输通信的科学。１９４８年，信息论之??父香农（Ｃｌａｕｄｅ?Ｅｌｗｏｏｄ?Ｓｈａｎｎｏｎ）在他的文章?“?Ａ?Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ?Ｔｈｅｏｒｙ?ｏｆ?Ｃｏｍ－??ｍｉｍｉｃａｔｋｍ”中做出了可能是二十世纪最著名的应用数学工作［１３］。在这篇文??章中，香农给出了信息的单位是二进制比特，信息不确定性的大小用熵来度量??丑＝一其中仍是各状态的概率。香农的信息论给出了信源压缩和??３??

图１．３?（ａ）离散变量ＱＫＤ和连续变量ＱＫＤ示意图；（ｂ）当前最先进的离散变量ＱＫＤ装置；??（ｃ）当前最先进的连续变量ＱＫＤ装置；（ｄ）当前主流ＱＫＤ协议及装置能实现的安全??密钥率对比

【参考文献】：
期刊论文
[1]量子随机数发生器[J]. 周泓伊,曾培.  信息安全研究. 2017(01)
[2]量子科学实验卫星——“墨子号”[J]. 彭承志,潘建伟.  中国科学院院刊. 2016(09)
[3]量子信息技术纵览[J]. 周正威,陈巍,孙方稳,项国勇,李传锋.  科学通报. 2012(17)

博士论文
[1]光纤量子密钥分配关键技术研究[D]. 王双.中国科学技术大学 2011
[2]量子密码与量子中继研究[D]. 银振强.中国科学技术大学 2010
[3]光纤量子密钥分配的实验研究[D]. 陈巍.中国科学技术大学 2008



本文编号：3093369