量子密钥分配方案及其信息安全性研究

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从古至今,保密通信都享有特殊的重要性。当今信息社会对于保密信息的安全传输有着广泛的需求,商业贸易、网络通信等都需要防范窃听者的侵入。同时,计算机的飞速发展使破译手段越来越高。现代密码学认为,任何加密体系的加密和解密算法都可以公开,其安全性在于密钥的保密性。由于被动窃听的存在,通信双方在传输信道上建立绝对安全的密钥是不可能的。 然而,基于量子物理原理的量子密码学已被证明是保密通信中密钥安全分配的有效手段。根据海森堡测不准原理,任何窃听者无法窃听量子密码通信中的信息而不被发现。基于上述原因,产生了多种量子密钥分配方案。其中最具代表性的是基于测不准原理的BB84协议以及基于两个非正交量子态的B92协议。1995年,日本NTT基础研究实验室和日内瓦大学的科学家结合BB84与B92协议,提出了一种新的量子加密体系,被称为4+2协议。这种协议的特点是对于窃听者的攻击行为更加敏感,安全性更强。 本文对上述三种协议的基本原理进行了详细的描述。从安全方面讨论了量子密码协议实现方案存在的一些问题,并介绍了当前实验研究的进展。由于客观因素的影响,比如探测器的噪声、失调等,为了确保量子密钥分配方案的实用性,研究窃听者采取的窃听方式是十分重要的。窃听者通过窃听所获取的信息量是决定密钥传输是否成功的重要指标,同时也是保密增强这一技术环节的必要参数。因此,通过误码率对这一信息进行估值是十分必要的。 论文的后半部分着重讨论了各种不同的攻击策略,并在针对B92协议的窃听模型的基础上,定量分析了不同的个体攻击策略对4+2协议的影响,给出了泄露信息量与误码率的关系。与B92协议结果的比较表明,4+2协议的稳健性更强。
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