2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、量子密碼是密碼學與量子力學相結(jié)合的交叉學科,是一個具有重要意義的研究課題。量子系統(tǒng)具有獨特屬性:測不準性和不可克隆性。這使得任何對量子密碼體系中的量子載體進行竊聽的行為都將會對量子態(tài)引入干擾,從而保證了量子密碼具有無條件安全性。作為量子信息領(lǐng)域中最值得關(guān)注的一個研究熱點,量子密碼經(jīng)過二十多年的研究和發(fā)展,不但在理論上形成了自身的框架體系,而且在技術(shù)上也取得了飛速的發(fā)展。 本論文主要研究量子秘密共享、量子安全直接通信、量子投票等協(xié)

2、議的設(shè)計和分析,以及量子密碼的計算機模擬,并取得了若干研究成果,主要體現(xiàn)在以下幾個方面: 在量子秘密共享協(xié)議設(shè)計方面,提出了三種量子秘密共享方案。第一種是基于糾纏交換的(n-1,n)門限量子秘密共享。它利用局域幺正操作和糾纏交換,將子秘密分發(fā)給每個參與者。通信雙方通過隨機非對稱地使用消息模式和控制模式來保證量子信道的安全。由于方案中除去用于竊聽檢測的部分粒子,其余所有粒子都用于消息傳輸并且可以重復使用,所以本方案的效率較高。第二

3、種是基于Greenberger-Home-Zeilinger(GHZ)態(tài)的(n-m)方量子秘密共享。它是利用量子Fourier變換和糾纏交換的特性,實現(xiàn)了兩組人(組B和組C)共享一個秘密信息。在協(xié)議中,一個可信的第三方與組B的成員(Bobi)共享一個GHZ態(tài),并分別對手中粒子進行Fourier變換。同時,Bobi和Charliei共享一個Bell態(tài)。然后Bobi對手中的兩個粒子進行Bell測量獲得他的子秘密。另一方面,Chadiei對手

4、中粒子進行計算基測量獲得他的秘密消息。根據(jù)量子Fourier變換的特點,對粒子的測量將產(chǎn)生隨機數(shù)對Bobi的秘密進行加密。因此,Chadiei并不能得到關(guān)于Bobi秘密的任何信息。同時,Bobi也無法在不被檢測的情況下獲得Charliei的子秘密。因此,該協(xié)議是安全的。第三種是一個可擴展的量子秘密共享,它利用超密編碼技術(shù)取得較高的效率。雖然該協(xié)議的竊聽檢測屬于集體竊聽檢測類型,但通過詳細的論證表明它對參與者攻擊是安全的。另外,該方案只需

5、要使用到EPR對,在目前的實驗水平下制備EPR對是可行的。同時除分發(fā)者外其它參與者只需進行單量子門操作,這就使得該協(xié)議(特別是在有多個參與者的情況下)具有很強的實用性。 在量子秘密共享協(xié)議分析方面,對協(xié)議中參與者欺騙的攻擊策略進行研究。在多方量子秘密共享協(xié)議中,存在一個或多個不誠實的參與者。這些參與者可利用糾纏交換、隱性傳態(tài)等技術(shù)來竊取秘密消息,并且在竊聽檢測過程中借助合法參與者的身份進行欺騙,依此來掩蓋他們的攻擊行為?;谠摴?/p>

6、擊策略的思想,對兩個協(xié)議的安全性進行分析。在基于糾纏交換的多方量子秘密共享方案中,任意兩個不誠實的參與者聯(lián)合攻擊該協(xié)議,可使得他們之間代理人的子秘密在重構(gòu)過程中是不必要的。這也就是說,剩余參與者(非授權(quán)代理人集合)可以在不需要這些人的幫助下恢復共享的秘密。在基于改進的Bostrom-Felbinger協(xié)議的三方量子秘密共享方案中,兩個參與者中的一個可以利用糾纏交換技術(shù)非法地獲得一半的秘密信息。最后,對于這兩個協(xié)議,分別提出相應(yīng)的改進方案

7、使其能抵抗該類攻擊。 在量子安全直接通信協(xié)議設(shè)計方面,提出了一個高效的基于X類四粒子糾纏態(tài)的量子安全直接通信協(xié)議。本協(xié)議的提出表明X類糾纏態(tài)可以被用于安全直接通信或量子密鑰分發(fā),其中攜帶秘密消息的粒子的傳輸將分成兩步。同時,利用超密編碼技術(shù),使得本協(xié)議獲得較高的效率。另外,我們也對協(xié)議的安全性進行了詳細的討論。除了證明該協(xié)議在理想條件下是安全的,本文還結(jié)合經(jīng)典All-or-Nothing函數(shù)提出了一個方法來確保協(xié)議在噪聲信道中的

8、安全性。該方法只需利用一些經(jīng)典的操作。因此,與量子保密放大相比,本文所提出的方法更為實用。 在量子安全直接通信協(xié)議分析方面,對單粒子量子安全直接通信協(xié)議在丟失信道下的安全性進行分析。研究結(jié)果表明竊聽者可利用聯(lián)合PNS攻擊策略來獲取部分秘密信息而不被發(fā)現(xiàn)。該攻擊是結(jié)合PNS攻擊和確定性量子態(tài)集合區(qū)分而提出的。這就意味著這類協(xié)議在實際情況下是不安全的。為了說明這個問題,我們選擇一個典型協(xié)議為例進行討論。然后,推廣得到一個一般性的結(jié)論

9、,即所有的單粒子量子安全直接通信協(xié)議對聯(lián)合PNS攻擊是不安全的。最后,提出一個可行的改進方案,使其可抵抗聯(lián)合PNS攻擊。 在量子投票方面,對已有的量子投票協(xié)議進行研究,并結(jié)合經(jīng)典保密選舉和量子糾纏交換的特點提出了一個量子投票方案。在該方案中,投票者利用局域幺正操作進行投票,并可根據(jù)測量結(jié)果計算出投票的票數(shù)。投票者先對粒子執(zhí)行Hadamard變換然后再進行投票操作和測量,這樣就會產(chǎn)生一個隨機數(shù)對他的投票信息進行加密。因此,其它投票

10、者就無法根據(jù)測量結(jié)果獲得與他投票有關(guān)的任何信息。同時本文還對該方案的正確性和秘密性進行分析,表明該方案符合量子投票協(xié)議的四個要求。另外,該方案具有一定的實用性,它的實現(xiàn)只涉及到Bell態(tài)的制備、GHZ態(tài)的測量以及單量子比特的操作和測量,這使得該方案在目前的實驗水平下是比較容易實現(xiàn)的。 在量子模擬方面,總結(jié)了量子密碼模擬技術(shù)理論知識,并在此基礎(chǔ)上為著名的BB84協(xié)議設(shè)計了專用模擬器,進而對量子密鑰分發(fā)的整個過程進行仿真。同時,為了

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