基于非理想光源的量子保密查询协议研究

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随着信息化的快速发展,量子计算理论和实验的进展对基于计算复杂性假设的经典密码协议提出了挑战。因此,安全性基于物理学定律的量子密码协议受到了越来越多的关注。其中,量子密钥分发协议经过充足的实验发展,已经在实践中被用于保护信息安全。除量子密钥分发协议以外,基于量子密钥分发的量子保密查询是另一种具有实用潜力的协议,此类协议是量子密码学的重要内容,是解决对称保密信息获取问题的量子方案,但是缺乏实际的安全性分析。基于量子密钥分发的量子保密查询协议还没有准备好走向实际应用,其中一个主要原因是许多理论上的量子密码协议需要单光子光源,而在如今的量子通信器件是不可能实现的。本文主要以量子保密查询协议为研究对象,在非理想光源条件下,根据多光子信号对量子保密查询协议过程中的威胁,分析了基于量子密钥分发的量子保密查询协议的安全性,并提出一种适用于量子保密查询协议的诱骗状态方法。在此基础上,本文还分析了四种非理想光源在诱骗态量子保密查询协议的表现并进行比较。本文涉及的具体内容如下。首先,研究了具有弱相干态光源条件下的基于量子密钥分发的量子保密查询的安全性。结果表明,多光子信号对量子保密查询协议参与者的隐私构成了严重威胁。根据这一结果提出了一种适用于量子保密查询协议的诱骗状态方法,可以帮助诚实的参与者利用多光子信号检测攻击,并改进了原协议的经典后处理过程以防御此类攻击。分析表明,提出的诱骗态方法显著提高了弱相干态光源条件下量子保密查询协议的安全性,解决了量子保密查询实际应用的一大障碍。最后在弱相干态光源条件基础上,以自发参数下转换、奇相干态、单光子相干态、相干态叠加四种非理想光源为研究对象,根据接收方获得的多光子信号比例以及空信号比例,分析每一个光源在诱骗态量子保密查询协议的效果。结果表明,在有限数据情况下,奇相干态和单光子相干态光源能够有效提高诱骗态量子保密查询协议的实际安全性。
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