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一种全新的基于纠缠交换的量子中继策略许敏;聂敏;杨光;裴昌幸【摘要】利用纠缠作为资源的量子通信协议具有安全性好、可靠性高、使用灵活等优势,具有广阔的发展前景,同时也对纠缠光子的保真度提出了一定的要求.提出了一种基于纠缠交换的量子中继策略,在远距离通信者之间设置多级中继,借助经典通信的辅助作用,通过节点间的纠缠交换和纠缠纯化操作为收发双方提供保真度稳定的长程纠缠连接.性能分析表明,通过合理控制中继级数和提高纠缠交换以及纠缠纯化的成功率,可以显著降低系统时延和提高系统吞吐量,为实现全球量子通信提供必不可少的纠缠资源.【期刊名称】《电信科学》【年(卷),期】2016(032)003【总页数】7页(P68-74)【关键词】量子通信;纠缠交换;中继【作者】许敏;聂敏;杨光;裴昌幸【作者单位】西安邮电大学通信与信息工程学院,陕西西安710061;西安邮电大学通信与信息工程学院,陕西西安710061;西安邮电大学通信与信息工程学院,陕西西安710061;西北工业大学电子信息学院,陕西西安710072;西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室,陕西西安710071【正文语种】中文【中图分类】TN915在量子通信网中，信息以量子态的形式编码、传输和处理。
基于量子力学的非定域性、叠加原理和不可克隆定理等［1］，在通信距离、容量、安全上具有与传统通信截然不同的原理和优势。
其中，纠缠是一种独特的量子资源，是量子非定域性最直接的体现，通信双方一旦建立了纠缠连接，就可以借助纠缠关联进行量子密钥分发、量子秘密共享、量子安全直接通信［2-6］等各种通信协议。
因此，研究如何通过量子中继建立远距离的纠缠连接具有重要的现实意义。
经典通信通过能量的变化来实现编码，这种方式使得信息比特和信号传输特性紧密结合在一起，利用中继技术恢复信号的能量不仅可以恢复信号的传输特性，同时也对表示信息的比特进行了恢复，因此，经典通信的中继技术只需要对信号能量进行补偿即可实现中继，且经典意义上的能量参数易于测量和控制。
附件6 编号学士学位论文量子密码的理论与技术研究学生姓名：学号：系部：专业：年级：指导教师：完成日期：20 年月日摘要密码技术是信息安全领域的核心技术，在当今社会的许多领域都有着广泛的应用前景。
而量子密码技术是密码技术领域中较新的研究课题，它的发展对推动密码学理论发展起了积极的作用。
量子密码是以密码学和量子力学为基础、利用量子物理学方法实现密码思想的一种新型密码体制，与当前普遍使用的以数学为基础的密码体制(以下简称为数学密码)相比，它比数学密码的最大优势是具有可证明安全性和可检测性，这是因为量子密码的安全性是由量子物理学中量子不可克隆性和海森堡的测不准原理来保证的，而不是依靠某些难解的数学问题。
由于量子光通信以及量子计算越来越重要，量子密码具有良好的前景。
量子密码方案具有无条件安全性和对扰动的可检测性两大主要优势，另外还具有防电磁干扰、抵抗具有超强计算能力的计算系统的攻击。
我相信量子密码在信息保护中将发挥重要的作用，潜在着巨大的应用和市场前景。
本文探讨了量子密码技术的基本理论与相关技术等问题。
关键词：密码技术；量子密码技术；量子物理；量子不可克隆性；测不准原理。
1AbstractPassword technology is a core technology in the field of information security, in many areas of today's society has a broad application prospect. The quantum cryptography technology is a new research topic in the area of cryptography, it is to promote the development of cryptography theory development plays a positive role. Quantum cryptography based on cryptography and quantum mechanics with quantum physics method, the password is an idea of a new type of cryptography, and the current commonly used mathematical based cryptosystem (hereinafter referred to as the password for mathematics), compared to it than math password the biggest advantage is to have to prove that security and detection, this is because the security of quantum cryptography is by quantum physics quantum cloning inevitability and Heisenberg's uncertainty principle to ensure that, rather than relying on some hard mathematical problems. Due to the quantum optical communication and quantum computation is more and more important, quantum cryptography has good prospects. Quantum cryptography scheme with unconditional security and the disturbance detection can be two major advantages, it also has anti electromagnetic interference, resistance with super computing power of computing systems. I believe that quantum cryptography will play an important role in information protection, the huge potential application and market prospect. This paper discusses the basic theory of quantum cryptography technology and related technical problems.Key words：Password technology；quantum cryptography technology；quantumphysics；quantum cannot be cloned；the uncertainty principle.2目录摘要 (1)ABSTRACT (2)第一章引言 (5)1.1密码学概述 (5)1.1.1经典密码学 (5)1.1.2量子密码学 (5)1.1.3经典密码与量子密码的区别 (6)1.2国内外研究现状 (6)1.2.1我国的量子密码技术的研究 (6)1.2.2国外的量子密码技术的研究 (7)第二章量子密码技术的理论基础 (8)2.1基础知识 (8)2.1.1光子的偏振现象 (8)2.1.2量子比特 (8)2.1.3量子叠加态 (8)2.2量子密码技术的基本原理 (8)2.2.1Heisenberg 测不准原理 (8)2.2.2量子不可克隆定理 (9)2.2.3量子态叠加原理 (9)2.3常用量子效应 (9)2.3.1量子纠缠态 (9)2.3.2量子隐形传态(quantum teleportation) (10)第三章量子密码技术 (11)3.1量子密钥分配 (11)3.2量子密秘共享 (11)3.3量子认证 (11)3.3.1量子消息认证. (11)3.3.2量子身份认证 (12)3.4量子密钥分发协议 (12)3.4.1 BB84协议 (12)3.4.2 B92协议 (14)3.4.2 E91协议 (14)第四章量子密码技术的展望 (15)34.1量子密码技术发展前景 (15)4.2未来量子密码应用的领域 (16)4.2.1军事领域[7] (16)4.2.2政府机关 (16)4.2.3网络安全 (16)第五章量子密码亟待解决的问题 (17)5.1量子密钥分配协议在实验上的改进 (17)5.2更纯的单光子源 (17)5.3光子检测器的研发[9] (17)5.4量子传输与现有网络的结合 (18)第六章结束语 (19)参考文献 (20)致谢 (21)45第一章 引言自密码学诞生以来，它的重要基础理论就是数学。
量子共享密钥密钥池
量子共享密钥和密钥池是量子通信和量子密码学中的概念。
量子共享密钥是一种使用量子态的性质来保证密钥的安全传输的方法。
传统的加密方式中，使用公钥加密和私钥解密的方式来进行通信，但是这种方式容易受到中间人攻击。
采用量子共享密钥，可以通过利用量子态的特殊性质，即量子态的测量会改变其状态，来确保密钥的安全传输。
量子共享密钥的基本原理是，发送方（Alice）和接收方（Bob）使用一种被称为量子密钥分发（quantum key distribution，QKD）的协议，通过发送一系列的量子比特（通常是光子）
来共享密钥。
由于量子态的观测特性，任何对量子比特的截取或窃听都会导致量子态的破坏，从而被Alice和Bob察觉到。
因此，只有通过安全的信道传输的量子密钥才能分享。
密钥池是一种存储和管理密钥的系统。
在现实世界的通信中，需要大量的密钥来确保通信的安全性，密钥池就是用来管理这些密钥的。
密钥池可以是一个物理设备或者一个虚拟的软件系统，用来存储和生成密钥，并提供给通信的参与者使用。
在量子通信中，密钥池可以用来存储和生成量子共享密钥。
一般情况下，密钥池会包含一系列的预先分享的密钥，这些密钥可以通过QKD协议来实现。
当通信的参与者需要共享密钥时，他们可以从密钥池中获取密钥，并进行加密和解密操作。
总之，量子共享密钥和密钥池都是为了保证量子通信的安全性
而设计的。
量子共享密钥通过利用量子态的观测特性来确保密钥的安全传输，而密钥池则是用来存储和生成密钥，并提供给通信的参与者使用。
改进的三方量子秘密共享协议何业锋;侯红霞【摘要】Owing to the shortcomings of the three-party quantum secret sharing protocol of Tan,et al which can not resist against the attack of invisible photon Troy Trojan and delayed photon Troy Trojan,an improved three-party quantum secret sharing protocol is proposed. The improved protocol uses the Bell state and the unitary transformation to realize the secret sharing of three parties. The se-curity analysis shows that the improved protocol can not only resist against the attack of participantsand general outsider attack,but also resist against two kinds of the Troy Trojan. Furthermore,the improved protocol also achieves high quantum bit efficiency.%针对Tan等人的三方量子秘密共享协议不能抵抗不可见光子特洛伊木马和延迟光子特洛伊木马攻击的缺点，提出了一个改进的三方量子秘密共享协议，该协议利用Bell态和幺正变换实现了三方的秘密共享。
安全性分析表明，改进的协议不但能抵抗参与者攻击和一般的外部攻击，而且能抵抗2种特洛伊木马攻击，并有较高的量子比特效率。
量子秘密共享协议的设计与信息理论分析量子秘密共享协议的设计与信息理论分析摘要：随着现代通信技术的迅速发展，人们对信息安全的需求也越来越高。
其中，秘密共享技术作为一种重要的密码学应用在数据传输、网络通信和隐私保护等方面发挥着重要作用。
而量子密码学作为新兴的密码学领域，具有抵抗攻击手段的独特性，被认为是未来信息安全的解决方案。
本文将基于信息理论对量子秘密共享协议的设计与分析进行探讨，以期进一步加深对量子秘密共享领域的理解。
一、引言随着电子通信的重要性及其在日常生活中的广泛应用，信息安全问题也愈加突出。
传统的加密技术难以应对愈发复杂的攻击手段，然而，基于量子力学原理的量子密码学却在信息安全领域崭露头角。
量子秘密共享协议作为量子密码学的重要分支之一，具有通过量子态的叠加性和测量性质来实现安全传输的优势。
本文将对量子秘密共享协议的设计思路及信息理论分析进行研究，并探讨其在信息安全中的应用潜力。
二、量子密钥分发协议量子秘密共享协议的核心是量子密钥分发协议。
量子密钥分发协议采用了量子态的特性，通过量子比特之间的相互作用实现密钥的生成和分发，保证密钥的安全性和完整性。
目前应用较广泛的量子密钥分发协议有BB84协议和E91协议。
1. BB84协议BB84协议是目前最早也是最经典的量子密钥分发协议之一。
其基本思路是通过发送量子比特的不同基态来生成密钥并进行共享。
发送方Alice随机选择将比特准备成水平/垂直或者对角线基矢，并将比特通过量子信道发送给接收方Bob。
Bob同样随机选择基矢对序列进行测量，然后将测量结果告知Alice，利用公开的结果来筛选出传输过程中存在的窃听行为，进而建立共享密钥。
2. E91协议E91协议是一种更高效的量子密钥分发协议，在分发效率上优于BB84协议。
该协议的核心思想是通过创建EPR对（纠缠态）来传输两个量子比特，并进行测量来达到密钥分发的目的。
E91协议具有更高的密钥分发效率，对光学、电子等多种物理系统都具备了通用性。
量子通信技术的非对称密钥协商与秘密共享机制量子通信技术作为一种基于量子力学原理的通信方式，能够实现信息的安全传输，被广泛应用于政府、军事和金融等领域。
在传统的公钥加密体系中，存在着安全性不足、密钥分发困难等问题，而通过量子通信技术，可以有效解决这些问题，实现更加安全的非对称密钥协商与秘密共享机制。
非对称密钥协商是指通信双方通过交换信息来协商共享一个秘密密钥，以便进行加密解密操作。
传统的非对称密钥协商方式，例如Diffie-Hellman密钥交换协议，存在中间人攻击等安全风险。
而基于量子通信技术的非对称密钥协商机制，通过量子态的传输和测量操作，能够保证密钥协商的安全性。
量子通信技术的非对称密钥协商机制主要包括量子密钥分发和量子密钥认证两个部分。
在量子密钥分发过程中，通信双方使用量子比特进行信息传递，通过光子的特性实现随机数的产生和传输。
量子密钥分发主要采用BB84协议和E91协议等。
在BB84协议中，发送方随机产生比特序列，并选择不同极化态进行发送，接收方通过测量来得到比特值，最后通过公开的比特进行密钥协商。
在量子密钥认证过程中，通信双方通过量子比特的传输和测量，验证对方的身份和所传输比特的完整性。
量子通信技术还可以实现秘密共享机制，即将一个秘密信息分割成多个部分，分发给多个参与者，只有在满足特定条件下，才能够将这些部分合并还原出原始的秘密信息。
秘密共享机制可以应用于多方安全计算、多方签名和数字版权保护等领域。
量子秘密共享主要包括量子秘密分享和量子秘密重构两个步骤。
在量子秘密分享过程中，秘密信息被分割成多个部分，并通过量子比特的传输和测量进行分发。
在量子秘密重构过程中，参与者根据对自己分发的量子比特进行测量操作，将分发的量子比特恢复为原始的秘密信息。
量子通信技术的非对称密钥协商与秘密共享机制具有很高的安全性和保密性。
量子态的传输和测量操作可以避免中间人攻击和窃听攻击，并且在量子比特的传输过程中，任何对信息的干扰都会导致信息的传输错误。
量子秘密共享保护信息传输中的隐私信息传输的隐私保护一直以来都是一个重要的问题，尤其是在现在这个数字化时代。
传统的加密方法在面对不断进步的计算机算力时逐渐显露出薄弱的一面，为了解决这一问题，量子密钥分发和量子秘密共享等量子信息技术应运而生。
本文将探讨在量子秘密共享中保护信息传输的隐私。
一、量子密钥分发的基本原理量子密钥分发是一种基于量子力学原理的密钥分发技术。
其基本原理是通过量子比特的态来编码密钥，利用量子的不可克隆性和测量的干扰性来保证密钥的安全分发。
在量子密钥分发中，通过量子比特的传输和测量，通信双方可以实现秘密密钥的协商。
二、量子秘密共享的基本原理量子秘密共享是一种新兴的信息保护技术，它允许多个参与方在不暴露任何秘密信息的前提下共同拥有一份秘密。
在量子秘密共享中，参与方之间利用量子态的特性来实现秘密信息的分发和恢复。
量子秘密共享协议的基本原理是通过创建一个量子态，然后将量子态分发给多个参与方。
只有当所有参与方的信息进行合理的组合后，才能恢复出原始的秘密信息。
这样，在任何参与方仅仅掌握部分信息的情况下，他们都无法获得秘密信息的全貌。
三、量子秘密共享的隐私保护量子秘密共享的隐私保护主要体现在两个方面：量子态的保护和秘密信息的保护。
3.1 量子态的保护在量子秘密共享中，量子态的保护是非常重要的。
任何非授权的观测或测量都可能导致量子态的改变，从而造成信息的泄漏。
因此，为了保护量子态的安全，需要采取一系列措施。
首先，对量子态进行加密是一种有效的保护手段。
通过在量子态上施加密码操作，可以有效地防止未经授权的观测。
其次，通过使用量子纠缠技术，可以实现对量子态的非局部保护。
量子纠缠可以使得多个量子比特之间存在一种特殊的关联，即使其中一个比特发生改变，其他比特也会立即作出相应变化，从而保护量子态的安全。
3.2 秘密信息的保护在量子秘密共享中，秘密信息的保护是核心问题之一。
为了保证秘密信息的安全传输，可以采用一些有效的隐私保护措施。
量子通信保密传输与量子密钥分发量子通信是一种基于量子力学原理的通信方式，利用量子比特作为信息的基本单位，能够实现绝对安全的保密传输和密钥分发。
在传统通信方式中，信息的传输容易受到窃听和篡改的威胁，而量子通信则能够提供无法破解的安全保障。
一、量子通信保密传输在传统通信中，信息的加密与解密是通过密钥来实现的，而密钥的传输过程容易被窃听者获取。
然而，量子通信通过利用量子态的特性，可以实现信息的加密和解密过程的安全保障。
量子通信中的加密过程主要通过量子态的测量来实现。
发送方将信息转换为量子态，并通过公开信道将量子态发送给接收方。
由于量子态的测量会导致量子态的坍缩，窃听者无法截取到完整的信息。
只有接收方使用正确的密钥进行测量，才能还原出发送方的信息。
同时，通过量子态的坍缩，接收方能够检测到窃听者的存在，并且通信将会立即中断。
这种量子通信的方式确保了信息的安全传输，有效避免了窃听和篡改的风险。
二、量子密钥分发量子密钥分发是量子通信中的另一个重要概念。
传统的密钥分发方式中存在着窃听者获取密钥的风险，而量子密钥分发则能够实现无条件安全的密钥分发。
量子密钥分发采用了量子纠缠和量子测量的原理。
发送方和接收方首先建立起量子纠缠态，这种量子纠缠态的特性使得两端的比特之间是高度关联的。
然后，发送方随机选择一个测量基，并对自己的比特进行测量。
接收方也随机选择测量基对自己的比特进行测量，并将测量结果发送给发送方。
发送方和接收方之间的测量结果比对之后，可以得到一部分相同的比特，这部分比特将被作为密钥使用。
由于窃听者的存在，他们对比特进行了测量，结果与发送方和接收方之间的比对结果不同，因此他们无法获取正确的密钥。
这样，量子密钥分发就能够实现无条件安全的密钥分发。
三、应用前景量子通信的保密传输和密钥分发在信息安全领域具有巨大的潜力和应用前景。
首先，量子通信可以应用于政府机关、军事领域以及银行金融等对安全性要求极高的场景。
传统的加密方式不再安全可靠，而量子通信能够提供绝对安全的保密传输，有效保护重要信息的安全。
经典保密通信和量子保密通信区别摘要：文章介绍了经典保密通信和量子保密通信区别，说明了两者的根本区别。
经典保密通信安全性主要是依赖于完全依赖于密钥的秘密性，很难保证真正的安全。
而量子密码通信是目前科学界公认唯一能实现绝对安全的通信方式，其主要依赖于基本量子力学效应和量子密钥分配协议。
最后分析量子保密通信的前景和所要解决的问题。
关键词:量子通信、经典保密通信、量子保密通信、量子通信发展、量子通信前景经典保密通信一般而言，加密体系有两大类别，公钥加密体系与私钥加密体系。
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。
如果使用对称密码算法，则K＝K’, 如果使用公开密码算法，则K 与K’不同。
整个通信系统得安全性寓于密钥之中。
公钥加密体系基于单向函数(one way function)。
即给定x，很容易计算出F (x)，但其逆运算十分困难。
这里的困难是指完成计算所需的时间对于输入的比特数而言呈指数增加。
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“一次一密乱码本”(one time pad) 是唯一被证明的完善保密系统。
这种密码需要一个与所传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，由于合法的通信双方(记做Alice和Bob)在获取共享密钥之前所进行的通信的安全不能得到保证，这一加密体系未能得以广泛应用。
量子安全通信探讨
李继容
【期刊名称】《光通信技术》
【年(卷),期】2009(33)3
【摘要】从理论研究、实验进展和技术开发的角度简述了量子安全通信的发展历程;阐述了量子通信的过程.简单介绍了相关的量子安全通信技术:量子密钥、量子认证、量子签名、量子加密算法和量子秘密共享等.分析了阻碍量子安全通信实用化的几个因素,最后对量子安全通信的发展作了展望.
【总页数】3页(P60-62)
【作者】李继容
【作者单位】五邑大学,信息学院,广东,江门,529020
【正文语种】中文
【中图分类】TN918
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1998年，Hillery等人参照经典秘密共享理论提出了量子秘密共享的概念，并利用GHZ 三重态的量子关联性设计了一个量子秘密共享方案。
此后，量子秘密共享引起了人们的广泛兴趣，利用两粒子纠缠态的性质、量子纠缠码的特征、量子计算以及连续变量量子比特的性质等量子属性，人们设计了一系列量子秘密共享方案。
2001年，瑞士日内瓦大学首次在实验上验证了基于GHZ三重态的量子秘密共享方案。
但是，已提出的量子秘密共享体制还存在许多问题，如方案的多次使用问题、用户的增减问题等。
本章介绍量子秘密共享的基本概念，量子秘密分拆与量子秘密共享方案，以及量子秘密共享的应用等几个方面的基本理论和技术。
基本概念
在某些场合，为了让多人承担保护秘密消息的风险，或者加强对某个秘密信息的保密强度，需要多个参与者共同参与保护秘密信息。
例如，导弹的控制与发射、重要场所的通行、遗嘱的生效等都必须由两个或多人同时参与才能生效，也就是需要将秘密分给多人共同管理。
这种情况可通过将秘密信息拆分成若干个部分并由若干个参与者共同管理的方式实现，这种保护信息的方式称为秘密共享。
秘密共享的本质在于将秘密以适当的方式拆分，拆分后的每一个份额由不同的参与者管理，单个参与者无法恢复秘密信息，只有若干个参与者一同协作才能恢复秘密消息。
可见，秘密共享的秘密拆分方式和恢复方式是设计秘密共享方案的关键。
1977年，Sykes提出了秘密分拆（secret split）的概念，其基本思想是将一个秘密消息划分成若干个碎片，每一片本身并不代表什么，只有当这些碎片全部合在一起时才能重构该消息。
1979年，Shamir和Blakley各自独立地提出秘密共享的概念，并且提出了他们的秘密共享体制，即LaGrange内插多项式体制和矢量体制。
秘密共享概念的提出为将秘密分给多个参与者共同管理提供了可能。
当前这类体制的应用日趋广泛，特别是自1994年美国政府颁布了秘密托管加密标准（EES）后，秘密共享体制又成为了秘密托管软件实现研究的一个重要基础。
另外，秘密共享在多方计算中具有重要的应用，而多方计算是分布式系统的重要计算模式，随着互联网络和自组织网络技术的进展，基于分布式系统的密码得到了快速发展。
定义6.1.1 设m，n是正整数，且m＜n。
将秘密S在一组参与者P中进行分配，如果n个参与者按如下方式共享秘密信息S：任意m个参与者可以协同恢复S，但任意少于m 个参与者都不能恢复该消息。
这种密码系统称为秘密共享体制。
秘密共享体制亦成为（m，n）门限方案。
设秘密消息的持有者为Trent，简称为T，相应的各信息份额的持有者表示为P。
不妨设T∉P，定义6.1.1可等价为
H（S∣P i
1,…，P i
m
）=0 (6.1.1)
H（S∣P i
1，…，P i
n
）=H（S） (6.1.2)
式中P i
j
∈P，1≤j≤m，1≤≤m－1，H（X）和H（X∣Y）分别为熵函数和条件熵函数。
与其他信息保护方式一样，秘密共享体制可采用不同的方式实现。
以数学为基数的秘密共享体制可称为经典秘密共享体制，这种秘密共享体制以数学原理为基数，借助数学难题保证安全性。
自Shamir提出秘密共享体制后，经典秘密共享体制得到了人们的重视，已提出了很多方案，如无仲裁参与的秘密共享体制、不泄露分享秘密的秘密共享体制、可证实秘密共享体制等。
以量子物理为基础的秘密共享体制称为量子秘密共享体制，量子秘密共享体制以量子物理为基础实现，借助量子物理规律保证安全性。
目前，量子秘密共享体制主要有离散变量和连续变量两种实现方式。
需要指出的是，不管以何种方式实现，各种秘密共享体制的目的都是一样的。
