量子保密通信简介全面入门

量子保密通信

量

量

子

子

保

保

密

密

目录

绪言................................................................2

绪

绪

言

言

第一章 保密通信

.............................................7 第二章 量子密钥分配协议

2.1 引言.......................................................................................................................................7

2.2 BB84 量子密钥分配协议.....................................................................................................7

2.3 B92 量子密钥分配协议......................................................................................................10

2.4 EPR量子密钥分配协议.......................................................................................................11

2.5 4+2 量子密钥分配协议......................................................................................................13

第三章 量子通信传输流程

...........................................14 第三章 量子通信传输流程

3.1 引言.....................................................................................................................................14

3.2 量子传输.............................................................................................................................14

4.1 引言.....................................................................................................................................17

4.3 即插即用系统.....................................................................................................................18

4.4 基于VPN网络的量子通信系统...........................................................................................19

跋

.................................................................21 跋

参考文献

量子保密通信

量子密码术是量子物理学和密码学相结合的一门新兴交叉科学，它成功地解决

了传统密码学中单靠数学无法解决的问题并引起国际上高度的重视，是主要应用于量

子信息领域的一个重要课题。随着单光子探测等技术的不断发展，量子密码通信技术

在全光网络和卫星通信等领域的应用潜力会不断挖掘并成为现实，当量子计算机成为

现实时经典密码体制将无安全可言，量子密码术将成为保护数据安全的最佳选择之一。

本文的工作分为三大部分:

一、论文首先对各种不同的量子密钥分配方案进行了描述。详细探讨了BB84的原

理及实现流程。在此基础上还分别介绍了B92和EPR这两种经典协议的原理和大概的工

作流程。并描述了基于BB84协议和B92协议的4+2协议，证实了4+2协议相对BB84协议和

B92协议具有更强的稳健性。

口做了介绍，最好还简单提及到系统的安全性问题。

作者：米景隆 华南师范大学信息光电子科技学院

量子保密通信

传统的加密系统，不管是对密钥技术还是公钥技术，其密文的安全性完全依赖于密钥的

秘密性。密钥必须是由足够长的随机二进制串组成，一旦密钥建立起来，通过密钥编码而成

的密文就可以在公开信道上进行传送。然而为了建立密钥，发送方与接收方必须选择一条安

全可靠的通信信道，但由于截收者的存在，从技术上来说，真正的安全很难保证，而且密钥

测的努力都会以某种检测的方式干扰在此信道中传输的信息。

一般而言，加密体系有两大类别，公钥加密体系与私钥加密体系。经典保密通信原

密码通信是依靠密钥、加密算法、密码传送、解密、解密算法的保密来保证其安全性.

它的基本目的使把机密信息变成只有自己或自己授权的人才能认得的乱码。具体操作时都要

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使用密码讲明文变为密文，称为加密，密码称为密钥。完成加密的规则称为加密算法。讲密

文传送到收信方称为密码传送。把密文变为明文称为解密，完成解密的规则称为解密算法。

尚无法从理论上证明算法的不可破性，尽管对于己知的算法，计算所需的时间随输入的比特

数呈指数增加，我们只要增加密钥的长度即可提高加密体系的安全性，但没人能够肯定是否

存在更为先进的快速算法。其次，随着量子计算机技术的迅速发展，以往经典计算机难以求

项式时间内轻易破解加密算法。

另一种广泛使用的加密体系则基于公开算法和相对前者较短的私钥。例如DES (Data

Encryption Standard, 1977)使用的便是56位密钥和相同的加密和解密算法。这种体系的安

全性，同样取决于计算能力以及窃听者所需的计算时间。事实上，1917年由Vernam提出的“一

消息一样长度的密码本，并且这一密码本只能使用一次。然而在实际应用中，由于合法的通

量子密码学的理论基础是量子力学，而以往密码学的理论基础是数学。与传统密码学不

同，量子密码学利用物理学原理保护信息。首先想到将量子物理用于密码技术的是美国科学

家威斯纳。威斯纳在“ 海森堡测不准原理”和“ 单量子不可复制定理”的基础上，逐渐建

立了量子密码的概念。“海森堡测不准原理”是量子力学的基本原理，指在同一时刻以相同

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精度测定量子的位置与动量是不可能的，只能精确测定两者之一。“ 单量子不可复制定理”

是“ 海森堡测不准原理”的推论，它指在不知道量子状态的情况下复制单个量子是不可能

的，因为要复制单个量子就只能先作测量，测量这一量子系统会对该系统产生干扰并且会产

干扰，合法的通信双方则可由此而察觉到有人在窃听。量子密码术利用这一原理，使从未见

过面且事先没有共享秘密信息的通信双方建立通信密钥， 然后再采用shannon 已证明的是

完善保密的一次一密钥密码通信，即可确保双方的秘密不泄漏。

关于“ 量子密码”的设想可表述为：由电磁能产生的量子（ 如光子）可以充当为密码

解码的一次性使用的“钥匙”。每个量子代表" 比特含量的信息，量子的极化方式（ 波的

行窃听，窃密黑客必须先用接收设施从发射出的一连串量子中吸去一个量子。这时，发射密

码的一方就会发现发射出的量子流出现了空格。于是，窃密黑客为了填补这个空格，不得不

再发射一个量子。但是，由于量子密码是利用量子的极化方式编排密码的，根据量子力学原

理，同时检测出量子的四种极化方式是完全不可能的，窃密黑客不得不根据自己的猜测随便

填补一个量子，这个量子由于极化方式的不同很快就会被发现。

量子密钥分配原理来源于光子偏振的原理：光子在传播时，不断地振动。光子振动的方

向是任意的，既可能沿水平方向振动，也可能沿垂直方向，更多的是沿某一倾斜的方向振动。

如果一大批光子以沿同样的方向振动则称为偏振光。如果相反，沿各种不同的方向振动的光

称为非偏振光。通常生活中的光如日光、照明灯光等都是非偏振光。偏振滤光器（偏振片）