量子密码术综述
摘要：密码技术是信息安全领域的核心技术，以量子密钥分配为代表的量子密码术是量子信息技术的应用于经典通信的成功典范。比较于经典密码，量子密码技术是具有可证明安全性和可检测性。本文介绍了量子密码技术所依赖的量子物理基础，详细描述了量子密码协议----BB84和B92协议的基本原理；从安全性方面讨论了量子密码技术在实现中遇到的问题。 关键词: 量子密钥 密码 安全性 保密通信 信息
I
Review of Quantum Cryptography
Abstract: The password technology is the core technology of information security field, the quantum key distribution as the representative of the quantum cryptography quantum information technology used in classical communication model of success. Compared to the classical cryptography, quantum cryptography is provable security and detection.This paper introduces the technology of quantum cryptography relies on the basis of quantum physics, a detailed description of the quantum cryptography protocols - BB84 and B92protocol theory, from the security aspect discusses quantum cryptography technology in the problems encountered.
Keywords: quantum key code safety security communication information.
II
目 录
摘要 ............................................................................................................................... I Abstract ........................................................................................................................ II 第一章 经典密码学 ..................................................................................................... 1
第1节 密码学简介............................................................................................... 1 第2节 量子密码学与经典密码学比较............................................................... 2 第二章 量子密码学物理基础 ..................................................................................... 3
第1节 基本概念................................................................................................... 3 第2节 量子力学基本原理................................................................................... 4 第三章 量子密钥分配 ................................................................................................. 8
第1节 量子密钥分配基本思想........................................................................... 8 第2节 基于单粒子的密钥分配方案—BB84协议 ............................................ 9 第3节 B92协议 ................................................................................................. 12 第四章 量子认证 ....................................................................................................... 14
第1节 量子消息认证......................................................................................... 14 第2节 量子身份认证......................................................................................... 15 第五章 量子密码术在通信中的应用 ....................................................................... 17
第1节 量子通信成各国竞争焦点..................................................................... 17 第2节 中国量子通信研发进展......................................................................... 17 第3节 量子密码应用前景广阔......................................................................... 18 结 论 ........................................................................................................................... 19 参考文献 ..................................................................................................................... 20
1
第一章 经典密码学
第1节 密码学简介
自从人类有了通信的需要以来，如何在通信中保密以及如何破译地方的密码获得信息情报就成了永恒的话题。保密通信不仅在国防，军事领域起到重要作用，而在当今的经济和日常通信等方面也越来越重要。在众多的保密通信手段中，密码是最重要的一种方式。
密码学是研究编制密码和破译密码的技术学科。研究密码变化的客观规律，应用于编制密码以保守通信密码的，称为编码学；应用于破译密码以获取情报的，称为破译学，总称密码学。
最早的隐写术只需纸笔，现在称为经典密码学。经典密码两大类别为置换加密法，将字母的顺序重新排列；替换加密法，将一组字母换成其他字母或符号。经典加密法的资讯容易受统计的攻破，资料越多，破解就更容易。
凯撒密码是广为人知的替代式密码，为了用凯撒密码加密讯息，每个密码字母将会被其位置的后三个字母替代。另一种替代式密码是使用关键字，可以选择一个单字或是段词组并去除所有的空格和重复的字母，接着把它当作密码字母集的开头。最后去掉关键字的字母把其他字母接续排列。
移位式密码，它们字母本身不变，但它们在信息中顺序是依照一个定义明确的计划改变。许多移位式密码是基于几何而设计的。一个简单的加密可以将字母向右移一位。
经典密码由于规律性很强，通常很容易被破解。许多经典密码可单单经由密文而破解，所以它们容易受到唯密文攻击法攻击。有些经典密码的密钥个数有限，所以这类密码可以使用暴力破解尝试所有的密钥。替代式密码有比较大的密钥数，但容易被频率分析，因为每个密码字母各代表了一个明文字母，像是维琼内尔密码使用了多个替换防止了简单的频率分析，然而更先进的技术就可用来破解这类密码。
1
第2节 量子密码学与经典密码学比较
经典密码学以数学难题为基础，设计密钥分配和协议，主要依靠数学难题求解的困难性保证通信的安全，与载体无关。量子密码学是密码学与量子力学的结合，以不同量子态为载体，通过量子通道传输，通信双方共享密钥协议。两者类似的是同样以求解难度保证通信安全，但在量子密码学中，不再是数学问题而变成了物理问题，求解也必须是通过物理方式实现，较之经典密码学，求解难度变得更大，从而安全性更加可靠。
量子密码学的基本原理是依据光子传送密钥信息。量子物理中理论表名，光子具有线偏振性(与电场振动方向无关)和圆偏振性(与电场旋转方向无关)。根据海森堡不确定原理，光子的两个特性不能同时测定，当对此量子系统进行测量时会产生不可逆转的干扰，这种干扰会暴露窃听者身份，当发送者和接收者察觉到窃听者存在，会及时改变密钥。又由于量子不可克隆性和不可分性，窃听者不能对量子密钥进行区分和克隆，从而保证通信无条件的安全性。
2