基于双模压缩态的量子保密通信协议

论文摘要

随着信息化的发展,信息安全成为全社会的需求,信息安全保障成为国际社会关注的焦点。因为信息安全关系国家的政治安全、经济安全、军事安全、社会稳定,也关系到社会中每一个人。经典信息理论、通信理论和量子力学基本原理相结合,开辟了信息通信安全研究的一个新领域——量子保密通信学,提供了一个新的方法来确保信息通信系统的安全。量子保密通信依靠量子力学基本原理,确保了在信息通信过程中的安全性,是许多量子信息研究领域的一个基础课题,如量子密钥分发,量子直接安全通信,量子身份认证,量子秘密共享等。本文致力于基于双模压缩态的量子保密通信的理论研究。在双模压缩态的检测技术研究的基础上提出2个基于双模压缩态的量子保密通信的实际应用。双模压缩态的量子信号实际上基于纠缠的量子连续变量,本文在理论上研究了平衡零差检测器(Balanced homodyne detector)检测连续变量量子信号的原理,并提出了后续的放大电路设计,同时给出了仿真结果。在传统量子信息研究的重点领域QKD上,本文提出了一种基于双模压缩态的量子密钥分发方案,采用Shannon信息论分析了该协议抵抗光束分离攻击的能力,得到秘密信息速率与压缩因子、信道参数之间的解析表达式,双模压缩态的模间关联性保证了该方案的安全性。量子保密通信不仅在量子信息研究领域有重要应用,对于解决经典的实际问题,也能发挥重要作用。本文在基于双模压缩态的量子保密通信基础上提出了一种量子投票协议,该协议通过随机选择信号加载的方式,充分利用量子信号的测不准原理实现了分布式投票系统。对该协议的安全性和性能也作出了必要的分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 密码学与量子保密通信
• 1.2 研究内容和章节安排
• 第二章 量子信息论与量子通信基础
• 2.1 测不准原理与量子不可克隆定理
• 2.2 连续变量量子信号
• 2.2.1 相干态
• 2.2.2 压缩态
• 2.2.3 双模压缩态
• 第三章 基于双模压缩态的量子密钥分发协议
• 3.1 基于双模压缩态的量子保密通信模型
• 3.2 基于双模压缩态的QKD 协议
• 3.3 安全性分析
• 3.3.1 光束分离攻击策略物理模型
• 3.3.2 合法通信双方之间的互信息量
• 3.3.3 窃听者所能窃取的信息量
• 3.3.4 秘密信息速率
• 3.4 结论
• 第四章 基于双模压缩态的量子投票协议
• 4.1 投票协议描述
• 4.1.1 流程描述
• 4.1.2 物理过程
• 4.2 投票者的匿名性与协议的安全性分析
• 4.2.1 匿名性分析
• 4.2.2 安全性分析
• 4.2.3 预防攻击
• 4.3 性能分析
• 4.4 结论
• 第五章 连续变量量子信号检测
• 5.1 平衡零差探测器原理
• 5.2 平衡零差探测器后续放大电路的设计与仿真
• 5.2.1 电荷转换为电压——电荷灵敏放大器
• 5.2.2 脉冲整形电路
• 5.2.3 峰值检测
• 5.2.4 性能分析
• 第六章 总结和展望
• 参考文献
• 硕士期间完成的论文
• 致谢