量子身份认证与安全直接通信的研究

论文摘要

量子通信因其具有高安全、高容量等优点,已发展成为量子信息学的核心内容之一。与经典通信不同,量子通信是利用量子力学原理对信息进行处理和传输。量子通信的出现为信息的安全传输提供了新的思路和方法,已经有许多院校、研究机构等投入到了该领域的研究。本论文主要对量子通信中的量子身份认证和量子安全直接通信两方面展开研究,主要工作如下：1.提出了一种基于混沌的量子身份认证方案。方案将混沌系统对初值和参数的极度敏感性以及混沌序列良好的伪随机性应用于量子身份认证,并利用量子隐形传态原理,解决了通信双方在多次认证中的混沌迭代异步问题,从而实现了“一次一密”的量子身份认证。最后分析和讨论了方案的安全性和可行性。2.基于三粒子GHZ态的特性,提出了星型网络中的量子安全直接通信方案。方案中,星型网络中的任意两个用户通过各自对GHZ态中粒子的变换,可以相互安全传输2比特的经典信息,具有较高的效率。最后详细分析和讨论了窃听者在采取被动和主动攻击情况下,方案的安全性3.提出了三粒子一类W态在非对称信道中的量子密集编码方案。方案中发送方通过对三维Hilbert空间中的两个量子比特进行幺正变换,可以编码1og218比特的经典信息,实现了量子超密集编码,并对发送方和接收方粒子的空间维数进行了推广。然后在此基础上,设计出了基于一类w态超密集编码的量子安全直接通信方案。在方案的具体实现过程中,粒子分发阶段用W态三粒子间的纠缠关联性来保证其安全性；信息粒子传输阶段用顺序重排和插入诱骗光子相结合的方法来保证安全性。从对方案的安全性分析可知,方案在提高效率的同时,保证了信息传输的安全性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 信息安全与量子通信
• 1.2 QKD,QSDC及量子身份认证
• 1.3 量子身份认证及QSDC的研究现状
• 1.4 论文的章节安排及介绍
• 第二章 量子安全通信理论基础
• 2.1 量子力学基础
• 2.1.1 量子态与量子比特
• 2.1.2 量子比特的线性变换与测量
• 2.2 量子力学基本原理
• 2.2.1 测不准原理
• 2.2.2 量子不可克隆原理
• 2.2.3 非正交的量子态不可区分定理
• 2.3 量子信息技术
• 2.3.1 量子密钥分配技术
• 2.3.2 量子隐形传态技术
• 2.3.3 量子密集编码技术
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于混沌的量子身份认证
• 3.1 量子身份认证的基本原理
• 3.2 混沌系统和混沌序列的特性
• 3.2.1 混沌在密码学方面的应用
• 3.2.2 有限精度导致的混沌特性的退化
• 3.3 基于混沌的量子身份认证方案
• 3.3.1 方案的认证原理
• 3.3.2 多次认证中的同步
• 3.3.3 详细的认证步骤
• 3.3.4 方案的安全性分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于GHZ态星型网络的量子安全直接通信
• 4.1 方案的理论准备
• 4.1.1 三粒子GHZ态的Z基形式和X基形式
• 4.1.2 三粒子GHZ态的幺正变换
• 4.2 星型网络拓扑结构
• 4.3 详细的通信过程
• 4.3.1 预处理阶段
• 4.3.2 粒子分配阶段
• 4.3.3 秘密信息编解码阶段
• 4.4 方案的安全性分析
• 4.4.1 Eve采取被动攻击的情况
• 4.4.2 Eve采取主动攻击的情况
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于一类W态超密集编码的量子安全直接通信
• 5.1 一类W态在非对称信道中的密集编码
• 5.1.1 三粒子一类W态的一般表达式
• 5.1.2 非对称信道与粒子分配
• 5.1.3 密集编码过程
• 5.1.4 方案的推广
• 5.2 基于一类W态超密集编码的QSDC
• 5.2.1 方案的完整步骤
• 5.2.2 方案的安全检测原理
• 5.2.3 方案的安全性分析和讨论
• 5.3 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果
• 致谢