數(shù)字簽名被認為是現(xiàn)代密碼學最重要的發(fā)明之一,主要用于保證通信中信息的完整性和發(fā)送方的身份認證。然而,經(jīng)典的簽名協(xié)議的安全性依賴于一些復雜的數(shù)學計算,如尋找離散對數(shù)或因式分解大質(zhì)數(shù)。因此,隨著計算機技術的高速發(fā)展和量子算法的提出,數(shù)字簽名將面臨安全性問題。在這種情況下,人們提出了量子數(shù)字簽名來保證簽名信息的安全性。原則上,量子數(shù)字簽名的無條件安全性可以由量子力學基本原理保證。本文首先介紹量子數(shù)字簽名的背景和研究進展。隨后講述與量子數(shù)字簽名中用到的量子密鑰分發(fā)協(xié)議,這里主要介紹量子密鑰分發(fā)的無條件安全性以及BB84協(xié)議,緊接著介紹克服光子數(shù)分束攻擊的誘騙態(tài)方法,之后描述基于BB84協(xié)議的量子數(shù)字簽名方法的協(xié)議流程以及安全性分析�；贐B84協(xié)議的量子數(shù)字簽名方法近幾年在理論和實驗上都實現(xiàn)了進展,但是仍然面臨許多挑戰(zhàn),比如簽名率低、安全傳輸距離短、實際的實驗操作較為困難等。本文主要針對這些缺陷提出相應的彌補方案,主要概括為以下兩個方面:1.由于還沒有理想的單光子源,之前的理論上和實驗上研究量子數(shù)字簽名的大多數(shù)工作都采用弱相干光源。但是弱相干光源存在的不可忽略的真空成分以及多光子成分導致了簽名... 

【文章來源】：南京郵電大學江蘇省

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

PNS攻擊原理圖

南京郵電大學專業(yè)學位碩士研究生學位論文第二章量子數(shù)字簽名基礎知識12研究的深入，更加符合實際操作的誘騙態(tài)方案被提出，目前誘騙態(tài)方法已經(jīng)廣泛用于量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中。2.2.2誘騙態(tài)方法原理發(fā)送方Alice端添加了一個誘騙態(tài)光源來制備誘騙態(tài)來檢測PNS攻擊，這是誘騙態(tài)方法抵御PNS攻擊的重要原理。Alice有兩種可以發(fā)送不同強度脈沖的光源，即信號態(tài)和誘騙態(tài)，前者通信雙方之間用來生成密鑰，后者用來檢測Eve是否發(fā)起了PNS攻擊。如原理圖2.2所示，Alice在信號態(tài)和誘騙態(tài)中隨機選擇一種，由于Eve無法區(qū)分信號來自于哪個光源，于是對所有攔截到的光子進行PNS攻擊。而Alice會告訴接收方Bob發(fā)送的每個光脈沖是來自于兩種光源中的哪一種，Bob對發(fā)送的光信號都進行測量，且根據(jù)測量結(jié)果分別得到兩種光源的響應率。在Bob端，通過將兩種光源響應率的比值和兩種光源強度的比值進行比較來檢測PNS攻擊，即只有兩個比值相同時，信道中是沒有PNS攻擊的，如果Eve實施了PNS攻擊，兩個比值將不再相同，通信雙方將會發(fā)現(xiàn)竊聽者Eve的存在。因此，在Bob端可以通過比較不同光源的響應率來檢測是否有PNS攻擊。圖2.2誘騙態(tài)方法原理示意圖Hwang誘騙態(tài)思想的提出為抵抗非理想單光子源中的光子數(shù)分束攻擊提供了有效的解決辦法，進一步彌補了量子密鑰分發(fā)協(xié)議實際實現(xiàn)中的安全漏洞。此外，后來LoHK[9]和王向斌[12]等人在受到該思想的影響，提出了更適于實際操作的誘騙態(tài)方法，并且進行了系統(tǒng)成碼率的推導和嚴格的安全性證明。在他們提出的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)除了能及時地檢測到PNS攻擊，系統(tǒng)的安全密鑰的生成效率和最遠安全傳輸距離都得到了很大的提升，使誘騙態(tài)方案成為了量子密鑰分發(fā)協(xié)議技術中的重要方法之一。

南京郵電大學專業(yè)學位碩士研究生學位論文第三章基于添加單光子的相干態(tài)光源的誘騙態(tài)量子數(shù)字簽名29表3.2：仿真中用到的的實驗參數(shù)A0Y0ede14.5%3.0×10-60.51.5%0.2dB/km根據(jù)前面的簽名率計算模型、SPACS光源結(jié)合QDS方案公式的推導以及表3.1中的參數(shù)，可以仿真出本方案在每一千米處的簽名率圖像。這里為了體現(xiàn)出結(jié)合SPACS光源的優(yōu)勢，我們仿真了本方案與采用WCS光源的三強度誘騙態(tài)BB84方案進行全面的對比，分別如圖3.1、圖3.2和圖3.3所示。圖3.1兩種不同光源方案的簽名率對比圖圖3.1比較了在不同的傳輸距離，采用SPACS光源和WCS光源的誘騙態(tài)QDS方案的簽名率，并且比較了它們選擇固定參數(shù)和優(yōu)化了參數(shù)后的簽名率情況。圖中的紅色實線和黑色虛線分別表示采用SPACS光源和WCS光源的兩種方案參數(shù)優(yōu)化后的結(jié)果，紫色虛線和藍色虛線分別表示兩種方案使用固定參數(shù)的結(jié)果。表3.3和表3.4分別列出了在50千米處，對于采用SPACS光源和WCS光源方案的參數(shù)具體取值以及簽名率。其中fixedS和optS分別表示采用SPACS光源時固定參數(shù)和優(yōu)化后參數(shù)的取值，fixedW和optW分別表示采用WCS光源時固定參數(shù)和優(yōu)化后參數(shù)的取值，這里WCS光源方案固定參數(shù)的取值與參考文獻[25]中的一致。由圖3.1可以得出，與采用WCS光源相比，采用SPACS光源的情況在安全傳輸距離和簽名率方面都表現(xiàn)出更好的性能。例如，本方案的最遠安全通信距離是201公里，比采用WCS光源的安全通信距離要遠30公里。


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