【摘要】：量子信息學(xué)是量子物理與信息技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的新興學(xué)科,在提高計(jì)算速度、保證通信安全、增大信息容量等方面有著經(jīng)典信息理論所無法比擬的巨大優(yōu)勢(shì),能夠?yàn)槲磥硇畔⒖茖W(xué)發(fā)展提供新的原理和方法。量子密碼被公認(rèn)為是當(dāng)前量子信息領(lǐng)域中最具實(shí)用價(jià)值的研究方向,其特點(diǎn)是可以利用量子力學(xué)基本原理保證秘密信息的無條件安全傳輸,而無需依賴數(shù)學(xué)難題。這種得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)引起各國(guó)政府、軍事部門、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)廠商的重視,使得量子密碼在近三十年以來得以快速發(fā)展,其理論逐漸完善,實(shí)驗(yàn)設(shè)備日趨成熟,目前已處于向?qū)嵱没�、工程化邁進(jìn)階段。但是,在此過程中,量子密碼還面臨諸多安全挑戰(zhàn),其自身的安全性也成為了加速這一進(jìn)程的阻礙之一。因此,論文將增強(qiáng)量子密碼的安全性作為出發(fā)點(diǎn),通過脆弱性分析的方法,從協(xié)議、系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)幾個(gè)層面研究了量子密碼的安全問題,主要完成了以下幾個(gè)方面的工作:第一,在量子密鑰分配協(xié)議安全性研究方面,本文首先分析了反事實(shí)量子密鑰分配協(xié)議的脆弱性,指出了該協(xié)議存在的安全缺陷,并提出了一種反事實(shí)木馬攻擊方法。理論分析表明,在協(xié)議生成的密鑰長(zhǎng)度有限的情況下,通過實(shí)施該攻擊,攻擊者Eve可以在不接入量子信道的條件下以一個(gè)很大的概率獲得全部秘密信息。由于傳統(tǒng)的防御方法無法制止該攻擊,本文提出了一種有效的防御手段,增強(qiáng)了協(xié)議的安全性。其次,本文分析了半量子密鑰分配協(xié)議對(duì)通信參與者的能力需求,通過提出一種針對(duì)受限半量子密鑰分配協(xié)議的附加粒子攻擊方法,指出了該協(xié)議的脆弱性,說明了一個(gè)不具備測(cè)量能力的接收者將無法保證量子密鑰分配的安全性。第二,在量子秘密比對(duì)協(xié)議安全性研究方面,本文首先分析一個(gè)單光子量子秘密比對(duì)協(xié)議中的脆弱性,提出了一種基于密集編碼的攻擊方法,攻擊者Eve可以利用一種類似密集編碼的方法在不被合法通信方Alice、Bob和Charlie察覺的情況下獲取Alice和Bob用于比對(duì)的秘密信息。針對(duì)該攻擊,文中提出了兩種改進(jìn)方法,增強(qiáng)了該協(xié)議的安全性。其次,針對(duì)現(xiàn)有量子秘密比對(duì)協(xié)議存在的安全性差,效率低、可實(shí)現(xiàn)性不強(qiáng)等問題,提出了一種基于差分相移的量子秘密比對(duì)協(xié)議。該協(xié)議的安全性基于差分相移機(jī)制,協(xié)議效率為100%,而且只需要使用最常見的量子器件就能實(shí)現(xiàn)。較其它同類協(xié)議,該協(xié)議無論在安全性方面還是易實(shí)現(xiàn)性方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。第三,在實(shí)際量子密碼系統(tǒng)安全性研究方面,本文重點(diǎn)研究了實(shí)際差分相移量子密鑰分配系統(tǒng)的安全性,分別就該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)后處理和協(xié)議同步控制中存在的脆弱性,提出了一種雙探測(cè)器響應(yīng)攻擊方法和一種截取重發(fā)-時(shí)移攻擊方法。雙探測(cè)器響應(yīng)攻擊表明,實(shí)際的差分相移量子密鑰分配系統(tǒng)也存在遭受雙探測(cè)器響應(yīng)攻擊的隱患,在進(jìn)行探測(cè)數(shù)據(jù)后處理的過程中,如果不對(duì)雙探測(cè)器響應(yīng)現(xiàn)象進(jìn)行正確的處理,Eve將有機(jī)會(huì)獲取全部的秘密信息。截取重發(fā)-時(shí)移攻擊說明了在差分相位量子密鑰分配系統(tǒng)中,如果以傳統(tǒng)的門控方案為核心構(gòu)建探測(cè)系統(tǒng),那么攻擊者可以利用該探測(cè)系統(tǒng)的控制方式本身存在的安全隱患獲取全部密鑰,該方法在探測(cè)器效率嚴(yán)格匹配的情況下也可以實(shí)施。第四,在量子密鑰分配網(wǎng)絡(luò)安全性研究方面,本文重點(diǎn)研究了可信中繼量子密鑰分配網(wǎng)絡(luò)的安全性。分析了該網(wǎng)絡(luò)面臨的安全威脅,指出了其采用的多路徑傳輸機(jī)制可能存在的脆弱性,提出在邊負(fù)載分配不合理的條件下,該網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)遭受重定向攻擊而引發(fā)級(jí)聯(lián)效應(yīng),使網(wǎng)絡(luò)安全性受到嚴(yán)重威脅。論文建立了可信中繼量子密鑰分配網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)崩潰模型,并通過理論分析,給出了一種避免級(jí)聯(lián)崩潰現(xiàn)象產(chǎn)生的負(fù)載分配方法。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：O413;TN918.4

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