量子密码研究进展

随着计算机技术的迅速发展,对信息空间的开发、利用和对抗无疑成为各国科技发展的战略高点。以往基于传统复杂数学问题的密码技术无法满足信息安全的需求,量子信息技术发展的同时,量子密码技术研究也取得到了很大的进步。本文主要介绍了量子密码概念,量子密码中特别重要的量子密钥分配协议—BB84协议以及量子密码的发展史并对量子密码技术进行了展望。     

量子密码研究现状与展望

量子密码是量子力学与信息科学相结合的产物。与基于数学理论的经典密码学不同，量子密码学利用物理学原理保护信息．根据量子力学的两条基本原理——“海森堡测不准原理”和“单量子不可复制定理”，以量子力学为理论基础的量子密码具有不可复制性，即使被截取，也会因为截获（测量）过程改变量子状态，使得截获方得到的信息变得毫无意义。因此，量子密码是目前非常安全的密码。本文通过与经典密码的比较，讲述了量子密钥生成的基本原理，介绍了量子密码在国内外的发展以及其所面临的技术挑战和经济性问题，最后展望了其发展前景。     

量子密码通信及其研究进展

2007年4月2日,国际上首个量子密码通信网络由中国科学家在北京测试运行成功。这是迄今为止国际公开报道的唯一无中转,可同时、任意互通的量子密码通信网络,标志着量子保密通信技术从点对点方式向网络化迈出了关键一步。这次实验的成功,为量子因特网的发展奠定了基础。文章阐述量子密码的产生、量子密码学的基本原理、该领域的实验研究及研究成果,最后指出量子密码通信将是保障未来网络通信安全的一种重要技术。     

单探测器的量子密码系统研究

基于量子物理原理的量子密码术已经被证明是保密通信中密钥安全分配的有效手段。该文中介绍了一种使用单个探测器的量子密码系统。在这个系统中使用了一对电光相位调制器在接收和发送方对单光子进行调制与解调,在接收方采用法布里泊罗干涉仪和光电计数器完成对信息的测量。     

考虑无线网络安全的量子密码更新算法仿真

针对密钥被破解引发的无线网络安全问题,提出基于量子密码的无线网络安全密钥更新算法。通过层簇式密钥分配机制分配由量子纠缠生成的量子密钥,采用能量自适应算法选择簇首并建簇,依据基站与簇首共享密钥,簇首与各个终端节点共享密钥两种策略完成密钥分配。在更新过程中,划分无线网络为控制层、服务层和用户层三个部分,分别通过不同策略实现无线网络安全密钥更新。实验结果表明,采用所提方法能够有效地控制串通阶段数据包数量、提高隐私性、降低存储开销、增强节点抗俘获能力。     

量子密码理论研究进展

21世纪信息空间的开发、利用和对抗无疑成为各国科技发展的战略高点。近年来,量子信息技术的快速发展拓宽了信息理论的研究内容,也给信息科学研究带来了新的机遇与挑战。介绍了量子计算理论对现代密码学的重要影响,建立了量子保密通信模型,给出了几类量子攻击模式。分析了量子密钥分配、量子消息加密和量子数字签名等理论和技术的研究新进展,对未来几类重点研究问题进行了总结和展望。     

量子密钥分配协议

本文首先简要阐述了量子密码技术应用的量子力学基础,然后详细介绍了目前常用的量子密钥分配协议.     

有噪声的BB84量子密码协议的改进

把量子力学应用到密码学中产生了一个新的学科———量子密码学。量子密码提供的密钥交换方式,能够自动检查是否有人在窃听,这是公钥体制所不具备的。该文对有噪声的BB84协议作了一些改进,以增强安全性、提高效率。这种改进方案对其它带有噪声的量子密码协议同样适用。     

量子密钥分配的通信模型研究

本文通过引入量子测量信道的概念,并参照经典通信模型,首次为量子密钥分配建立了通信模型。量子密码中已提出的量子密钥分配协议可以统一地用本文提出的模型描述,模型的建立有利于量子密码的进一步研究和在通信网络中的应用。     

量子密钥分配的研究

在对称密码体制中,其加密密钥和解密密钥是相同的。加密信息的安全性取决于密钥的安全性,与算法的安全性无关,即由密文和加解密算法不可能得到明文。该文根据量子密钥分配原理,提出了实现对称密码体制密钥的绝对保密的量子密钥分配协议。理论分析表明这种密钥分配协议是安全可靠的。     

量子密码学的研究进展

量子密码术是一种新的重要加密方法，它利用单光子的量子性质，借助量子密钥分配协议可实现数据传输的可证性安全．量子密码具有无条件安全的特性(即不存在受拥有足够时间和计算机能力的窃听者攻击的危险)，而在实际通信发生之前，不需要交换私钥．本文综述了量子密码学的研究进展，其中包括了量子密码学的物理基础、量子密钥分配、保密增强、量子密钥的实用性以及目前技术限制所存在的缺陷．     

量子计算与量子密码的原理及研究进展综述

量子计算与量子密码是基于量子效应的计算技术和密码技术.1984年Bennett和Brassard提出了第一个量子密钥分发协议,开启了量子密码学的研究,此后相继在量子加密、量子签名等领域进行了大量研究.1994年,Shor利用量子Fourier变换,设计了第一个实用的量子算法,在多项式时间内对大整数进行因子分解.1996年,Grover提出了量子搜索算法,能够对无结构数据进行二次加速.Shor算法和Grover算法的提出不仅体现了量子计算的优越性,还对传统基于数学困难问题的密码学体制造成威胁.经过半个世纪的发展,量子计算与量子密码在理论与实践的研究上都取得了丰硕的成果.从量子力学的数学框架、基本概念和原理、量子计算基本思想、量子密码研究进展及主要思想等方面进行总结梳理.     

量子密码学安全协议的研究

量子密码这种新思想起因于量子世界的不确定性，物理法则为保密通信提供了可靠的安全保证，它与一次一密乱码本技术的结合是目前所知最可靠的密码系统，克服了传统密码学与分钥密码学固有的弱点。文章介绍了量子密码学的基本思想，详细分析了它的安全协议－BB84协议，其发展前景极为广阔。     

Another Alternative to Quantum Cryptography

Quantum cryptography has several unorthodox attributes: it is invulnerable to passive eavesdropping; communicators need no initial shared secret (cryptographic key), but they do need an auxiliary tamper-proof link; the scheme requires an uninterrupted light path (no repeater), and a one-time pad of keystream must be prepared in advance of the secure transmission. At least two other cryptologic schemes share these same attributes. This is quite remarkable because each of the three schemes has an entirely different physical basis for its message secrecy. In quantum cryptography an eavesdropper cannot measure or clone the state of a photon without revealing the attempt to the authorized receiver. The second scheme is the Yuen–Kim protocol. Potential bits for the keystream are masked by classical noise. The eavesdropper cannot extract the same useful bits that the authorized receiver extracts because their receivers are statistically independent. Our own scheme, called QDRN, distributes broadband noisy light to terminals, where interferometers provide identical keystreams. Security presumes that there exists some bandwidth broad enough so that the eavesdropper cannot store the phase information either optically or digitally for some period like minutes, or even hours if necessary, after which the users may safely transmit data. The Yuen–Kim protocol is by far the simplest to implement. However, it is limited to point-to-point links and distances of some tens of kilometers. By contrast, QDRN operates with full power, is compatible with amplifiers and networks, and extends to hundreds of kilometers, quite possibly a megameter. PACS: 03.67.Dd     

特洛依木马攻击下的量子密码安全性

研究了特洛伊木马对量子密码算法的攻击.首先分析了以EPR纠缠量子比特为密钥的量子密码算法在特洛伊木马攻击下的脆弱性.在此基础上,基于非正交纠缠量子比特提出了一个改进方案.该方案能有效地防止特洛伊木马的攻击.     

量子密码与公钥密码体制

现今普遍应用的公钥密码体系,其安全性建立在数学函数问题的计算复杂性基础上。随着量子计算的发展,这种密码体制的安全隐患越来越突出。量子密码安全性基于物理基本原理,具有无条件的安全性,能够实现真正意义上的保密通信。     

从演化密码到量子人工智能密码综述

如何采用人工智能设计出高强度密码和使密码设计自动化是人们长期追求的目标.中国学者将密码学与演化计算结合,借鉴生物进化的思想独立提出演化密码的概念和用演化计算设计密码的方法,得到可变渐强的密码,减少攻击所需搜索空间的量级.国内外研究表明:演化密码已经在对称密码、非对称密码领域、侧信道攻击以及后量子密码等领域均取得了实际成果：可在1min内设计出一百多个好S盒(8×8),其中一些密码学指标达到最佳值;对于典型的后量子密码NTRU密码体制,演化密码攻击有望降低密钥搜索空间2～3个数量级;部分ECC安全曲线产生基域范围超过NIST现已公布的曲线;并在NIST现已公布的曲线范围内又发现了新的曲线.演化密码已具备人工智能密码的一些特征,进一步结合量子人工智能,不仅取得了目前国际上量子计算破译RSA最好实验指标,超过了最新IBM Q系统,如果运行Shor算法的理论最大值,也超过了洛克希德马丁公司采用量子退火破译RSA的最大规模;提出了量子计算机设计密码的原创性理论成果,完成了国际上首次D-Wave 2000Q真实量子计算机密码设计,有望快速产生一系列亚优解,达到一次一密码算法的作用,增强密码系统安全性.     

基于椭圆曲线的EIGamal加密体制的组合公钥分析及应用

分析了基于椭圆曲线的EIGamal密码的组合公钥技术。基于种子公钥和密钥映射的新技术可以实现从有限的种子变量产生几乎“无限”密钥对,有望解决大型专用网中中大规模的密钥管理难题。提出一种在电子政务中的应用方案并对安全性进行了分析。     

量子密码协议探讨

该文主要介绍三个基本的量子密码协议,即BB84协议、HBB协议和BF协议,分析了量子身份认证协议的研究现状。