飞行中继平台的MDI-QKD应用性能

量子密钥分发（Quantum Key Distribution, QKD）技术的应用领域不断拓宽,其良好的安全保密性能可以有效应对通信安全威胁,在航空通信领域,基于航空飞行平台应用量子密钥分发技术有望大幅提升航空通信系统安全性级别,为局部地区保密通信提供可靠保障,进一步提高区域安全通信保障能力。针对非对称传输效率测量设备无关量子密钥分发（Measurement Device Independent QKD, MDI-QKD）协议在机载条件下的应用问题,在以飞行平台作为测量节点的测量设备无关量子密钥分发技术应用场景下,应用诱骗态协议建立了仿真分析模型,分析了气象条件、飞行高度对系统仿真性能的影响。仿真实验结果表明,在15 km能见度的晴朗天气下,在无人机常用高度飞行的空中移动平台应用诱骗态测量设备无关量子密钥分发协议可以提供作战通信保障,在较远距离通信中存在通信盲区和飞行平台运动限制。同时证明了优化选择信号光源光脉冲强度方案可以有效提高通信能力。实验及分析为量子密钥分发技术在飞行平台上的后续研究和实际应用提供了理论分析基础和优化方法。     

基于单粒子态的双向认证多方量子密钥分发

量子密钥分发是一种重要的量子通信方式.为了提高量子密钥分发的可行性、安全性和效率,提出了一种基于单粒子态的具有双向认证功能的多方量子密钥分发协议.在协议中,量子网络中的任意两个用户均可在半可信第三方的帮助下进行双向认证并共享一个安全的会话密钥;协议中作为量子信息载体的粒子不需要存储,这在当前技术下更容易实现.安全性分析表明所提出协议在理论上是安全的.     

相位调制无关的测量设备无关量子密钥分配协议

提出一种相位调制无关的改进测量设备无关量子密钥分配协议,在实际系统中通信双方 参考系随时间相对缓慢移动的条件下,该协议不需要添加辅助校准系统来补偿相位漂移,降 低了系统的复杂性。文章分析了相位调制无关的测量设备无关量子密钥分配协议在弱相干光 源及参量下转换光源下的安全密钥生成率和最大安全传输距离,并进一步探究了有限密钥长 度引起的统计波动问题对安全密钥率的影响。仿真结果表明,该协议的最大安全传输距离接 近经典协议的最大安全传输距离。同时,考虑统计波动的影响,当达到相近的最大传输距离 时,本文协议所需的脉冲数比传统协议低约5个数量级,进一步提高了系统效率。     

应用诱骗态的光子轨道角动量测量设备无关量子密钥分发协议的研究

轨道角动量作为量子信息的一种载体,可应用于测量设备无关量子密钥分发协议中,来消除发送端和接收端间的基校准。诱骗态技术可以消除量子密钥分发协议采用弱相干光源时易被分裂攻击的缺陷。本文将轨道角动量态、测量设备无关方案和诱骗态方案相结合,设计一种基于高效轨道角动量分离方法的诱骗态光子轨道角动量测量设备无关量子密钥分发协议方案,避免了极化方案中对极化基的依赖性缺陷,提高了密钥速率,本文给出了该方案密钥速率的理论推导,并分别对采用无限个诱骗态和两个诱骗态时该方案密钥速率进行了仿真。研究结果表明,在相同条件下,基于轨道角动量的MDI QKD协议方案比极化方案密钥速率更高。      

量子-经典混合光网络的密钥分配协议研究

分析了点对点量子密钥分配协议的特点,在此基础上仿真研究了不同用户数量下量子-经典混合光网络量子密钥分配协议的网络性能,同时对比了三类协议的网络部署成本。仿真结果表明,对于中小型接入网(仿真用户数为32),制备-测量协议密钥生成率最高,安全传输距离最短,纠缠光协议密钥生成率最低,安全传输距离最长;对于较大规模网络,测量设备无关协议的网络部署成本最小,是建立混合光网络的最优选择。     

无线网络中基于量子隐形传态的鲁棒安全通信协议

该文在深入研究无线网络802.11i鲁棒安全通信的基础上,提出基于量子隐形传态的无线网络鲁棒安全通信协议,利用量子纠缠对的非定域关联性保证数据链路层的安全。首先,对量子隐形传态理论进行描述,并着重分析临时密钥完整性协议和计数器模式及密码块链消息认证协议的成对密钥、组密钥的层次结构;其次,给出了嵌入量子隐形传态的成对密钥、组密钥的层次结构方案;最后,在理论上给出安全证明。该协议不需要变动用户、接入点、认证服务器等基础网络设备,只需增加产生和处理纠缠对的设备,即可进行量子化的密钥认证工作,网络整体框架变动较小。     

基于任意BELL态的量子密钥分配

为了提高量子密钥分配的安全性和效率,利用量子纠缠交换的规律,提出了基于纠缠交换的量子密钥分配协议。通信双方通过简单的BELL测量建立起共享密钥,窃听者不可能窃取密钥而不被发现。该协议与其它分配协议的不同在于,可以实现对任意两个BELL态进行BELL测量达到量子密钥分配的目的。协议的实现只需要EPR粒子对,而不需要制备多粒子纠缠态。分析结果表明,此协议只用到两粒子的纠缠态,不需要进行幺正操作,它不仅能够保证密钥分配的安全性,而且简单高效。     

基于挑战-应答机制的量子密钥分发协议

基于BB84协议,利用挑战-应答机制,提出了一种量子密钥分发协议。发送方Alice和接收方Bob通过安全信道共享三个不同的Hash函数( , 和 ),以及随机比特串 。在每次密钥分发时,Alice产生随机比特串 （挑战信息）和 （密钥）,结合 和 ,基于BB84协议产生光子串 ;Alice将 和 发送给Bob,Bob接收到对应的 和光子串 ;Bob利用 ,结合 和 ,基于BB84协议对光子串 进行测量得到 。理想情况下共享密钥 。另外,Bob利用 , , 及 产生应答序列 ;Alice和Bob利用各自拥有的序列及 分别产生序列 和 ,并对各自的 做更新。在密钥分发过程中光子的利用率为百分百,该协议既有BB84协议类似的安全性,又有单向身份认证功能。     

量子消息认证协议

研究了在量子信道上实现经典消息和量子消息认证的方法。给出了一个基于量子单向函数的非交互式经典消息认证加密协议。证明了给出的协议既是一个安全的加密方案,也是一个安全的认证方案。利用该认证加密协议作为子协议,构造了一个量子消息认证方案,并证明了其安全性。与BARNUM等给出的认证方案相比,该方案缩减了通信双方共享密钥的数量。     

量子信息安全技术

自从BB84量子密钥分配协议提出以来，量子加密技术得到了迅速发展，以加密技术为基础的量子信息安全技术也得到了快速发展。为了更全面地、系统地了解量子信息安全技术当前的发展状况和以后发展的趋势，文中通过资料查新，以量子加密技术为基础，阐述了量子密钥分配协议及其实现、量子身份认证和量子数字签名、量子比特承诺等多种基于量子特性的信息安全技术的新发展和新动向。     

基于隐形传态的跨中心量子身份认证方案

基于量子光学中的隐形传态原理和量子纠缠交换技术,提出一个网络中跨中心的量子身份认证方案。在分布式网络系统中,通过客户端和服务端之间,以及服务端相互之间的量子信道共享EPR纠缠对进行信息传输,同时在经典信道上也进行必须的交互协商,实现了无条件安全的量子身份认证。其无条件安全性得到了量子力学原理的保证,与EPR密钥分发协议的安全性相同。与已有的量子身份认证方案相比,该方案克服了点对点的量子身份认证方案的缺点,具有可跨中心认证的优点,扩大了认证的范围,具有更好的灵活性和实用性。     

Bidirectional authentication key agreement protocol supporting identity’s privacy preservation based on RLWE

In order to solve the problem of identity privacy preservation between two participants involved when implementing authenticated key agreement protocol,a bidirectional authenticated key agreement protocol against quantum attack based on C commitment scheme was proposed.Through the design of C commitment function,the real identity information of two participants involved was hidden.Based on RLWE difficult problem,under the premise to ensure identity anonymity,this protocol not only completed two-way identity authentication,but also ensured the integrity of the transmitted message,furthermore,the shared session key was negotiated.After been analyzed,in terms of protocol’s execution efficiency,only two rounds of message transmission were needed to complete anonymous two-way authentication and key agreement in the proposed scheme.Compared with Ding’s protocol,the length of public key was reduced by nearly 50%.With regard to security,the protocol could resist forgery,replay,key-copy,and man-in-the-middle attacks.It is proved that the proposed protocol satisfies the provable security under the eCK model.At the same time,the protocol is based on the RLWE problem of lattices,and can resist quantum computing attacks.     

零知识性量子身份认证协议

基于EPR纠缠光子对的相干特性,设计了一个量子身份认证协议。该协议具有零知识性。由于基于量子物理特性,不但满足传统的身份认证的基本性质,还具有无条件安全性,并可以抵抗各种可能的量子攻击。     

一种基于光子偏振旋转的量子身份认证方案

实际的量子密钥分发过程中,传输损耗和探测器的效率都直接影响密钥的产生效率。量子身份认证需要通信双方保证认证信息的完整性。针对以上问题,提出了一种基于光子偏振旋转的量子身份认证协议,利用对认证信息的重复编码解决传输损耗问题。考虑到协议的安全性,该协议在相邻的有效认证量子态间编入随机态。安全性分析表明该协议可成功抵御截取重发攻击以及光子数劈裂攻击。在此基础上,设计了现有技术条件下可操作的认证系统方案,考虑了传输损耗和探测效率,具有实用意义。     

基于纠缠辅助码的量子模糊承诺和生物认证

本文针对经典模糊承诺体制不能有效抵抗量子算法攻击的问题,在纠缠辅助量子纠错码的基础上,结合量子哈希构造一类新的量子模糊承诺体制.利用无需自对偶约束的量子纠错码空间构建模糊承诺集产生承诺阶段所需的码字,并对其施加用于模糊证明的加噪变换,有效抵抗量子傅立叶取样攻击;提出一种量子哈希,对随机量子序列进行混淆扩散后加密,实现信息论意义上的一次一密安全.据此构建的量子模糊承诺体制可有效抵抗量子图灵机攻击.该文还给出了基于量子模糊承诺的挑战响应生物认证方案,分别对量子模糊承诺和生物认证方案在量子计算环境下的安全性作了分析,证明了其安全性和有效性.     

Quantum Authentication Based on the Lengthened String Scheme

1　Introduction　Conventionallyhowtoachieveasecurekeyisthekeypointofacryptosystem ,andQuantumKeyDis tribution (QKD) providesawaytoachieveuncondi tionallysecurekey .Furthermore ,thesimulationofquantumkeydistributeononclassicalcomputershasbeendiscussedinRef.[1 ].Toguaranteethesecuri tyofthe quantumkeyinpracticalapplications,QuantumKeyAuthentication (QKA)isasimpor tantasQKD .ButtheconventionalQKD protocolssuchasBB84[2 ] ,B92 [3] ,andEPR[4] etc,havenotdonetheidentificationwork .Indeedin…     

基于格理论的装备保障信息网络快速身份认证方案

量子算法和量子计算机对装备保障信息网络的认证方案已构成严重的潜在威胁。针对当前装备保障信息网络身份认证方案无法抵抗量子计算机攻击、认证效率相对较低的问题,引入格理论的本原格抽样算法和双峰高斯抽样技术,提出了装备保障信息网络在量子环境下安全且快速的身份认证方案,给出了方案的正确性、安全性的理论证明以及方案运行效率的比较分析。结果表明,基于随机预言机证明模型,该方案在小整数解问题困难性假设下达到了适应性选择身份和选择消息攻击的存在性不可伪造性;在保证安全的前提下,新方案在私钥提取阶段和身份认证阶段的运行效率均高于已有的几个同类格基身份认证方案。这为提高我国装备保障信息网络安全认证能力提供了新的思路和方法。     

不依赖于第三方的动态量子身份认证方案

提出了一个量子身份认证方案,该方案仅在注册时需要认证中心,以后不再依赖于任何第三方.在方案的实施过程中采用一种动态方式,即合法通信者之间每次可动态获得一个新的认证密钥.所提方案具有可证明安全性,安全性由量子不可克隆性和方案本身的动态特性保证.     

基于量子特性的身份认证

利用量子特性实现量子保密通信是目前量子信息学界和密码学界关注的热点问题之一,文章根据利用量子特性提出了一个量子身份认证方案,实现了通信中通信双方的身份认证.该方案实施申采用了动态工作方式,易于实现,具有可证明安全性.