量子密钥分配协议和量子随机数的研究

发布时间：2017-12-23 21:34

本文关键词：量子密钥分配协议和量子随机数的研究　出处：《中国科学技术大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：在现代社会中,信息安全的重要性不言而喻,是军事、金融等重要领域高度重视的核心问题。现用的经典密码体制,如RSA,DES和AES等,其安全性基于复杂数学问题的计算复杂度。在量子计算机的研究正在如火如荼进行中的今天,经典密码体制的安全性受到了极大的挑战。量子密钥分配(QKD)技术是量子信息领域最早提出也是最接近实用化的一个方向。其安全性基于量子力学的基本原理,结合一次一密的加密方式,量子密钥分配提供了一种理论上无条件安全的保密通信方式。自从BB84协议提出以来,量子密钥分配技术经过三十多年的发展,在理论和实验方面都取得了很大的成就。量子密钥分配虽然已经进入实用化阶段,新型协议的研究仍然不可忽视。不同的协议有不同的优势和缺陷,适用于不同的场景。有些协议提出了新的安全性分析方法,丰富了量子密码的内涵,有助于加深对量子力学基本问题的理解。量子随机数是量子信息提供的另一个重要技术。量子随机数发生器利用量子过程中的固有随机性产生真随机数。许多方案的性能已经达到能够代替经典随机数发生器的水平。有一些量子随机数协议能够对设备做极少的假设,生成安全性很高的真正随机数。本文总结了本人在量子密钥分配协议研究和量子随机数研究方面取得的一些研究成果,主要包括以下几项内容:1.乒乓协议是一种典型的双路往返式量子密钥分配协议,但是其在有损信道下的安全性没有得到证明。我们提出了一个改进的乒乓协议,证明了改进协议在有损有噪声信道下的安全性,使其能够实用化,克服了这种协议的最大缺陷。之后我们设计实验验证了这个改进的协议方案。2.环回差分相位协议是近年来量子密钥分配领域一个很有影响力的新型协议。该协议的安全性基础与之前的协议完全不同。我们针对这个协议码率过低、实验难度大等缺陷,提出了一个新的协议安全性分析方法,更加紧致地估计了窃听者的信息量,提升了协议的密钥率,使得实验的难度大大降低。之后我们设计实验实现了这个简易环回差分相位协议。3.我们提出了一种新型的量子随机数协议,该协议基于设备间无关联假设,能够用制备测量系统实现,对系统设备只需做极少假设,产生的随机数安全性高。该协议能够对噪声和损耗有很好的容忍度。之后我们使用标记光源验证了该方案。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN918.4;O413

【参考文献】