量子通信网络中的隐私保护研究

论文摘要

通信网络中的隐私保护是保障安全通信的基本条件,也是推动社会信息化不可回避的难点问题。传统通信依赖于计算的复杂程度来规避秘密信息的窃听,因而有了完整的经典密码系统对传输的隐私信息进行加密解密,达到保护隐私的目的。但随着量子计算机的出现,经典的密码系统将逐渐难以满足下一阶段隐私保护的要求。即自1998年第一篇量子通信协议问世,研究人员逐渐利用量子力学理论设计、研究量子通信协议,以解决经典通信中尚未解决的安全问题并推动通信技术的发展。随着量子通信逐渐从理论阶段走向实践应用,量子通信各个领域开始崭露头角,形成了完善的研究体系。量子通信目前主要分为:量子密钥分发(Quantum Key Distribution)、量子秘密共享(Quantum Secret Sharing),量子隐私比较(Quantum Privacy Comparison)及量子安全直接通信(Quantum Secure Direct Communication)等。本文以半量子安全直接通信和半量子隐私比较作为研究对象,利用量子力学特性,实现通信网络中秘密信息的传输以及隐私信息的比较,从而确保量子通信网络中得隐私保护的两个方向:一是用户个人隐私:如财产比较过程中的身份安全;一是通信过程中保证隐私信息的传输安全。从两个方面分别入手,共同维护量子通信网络中的隐私安全性。论文对两则协议的设计过程进行了详细说明,并给出了相应的安全性和效率分析。半量子直接安全通信协议解决的是网络通信中如何保障隐私信息的安全传输问题,而隐私比较协议则是保障在需要检测用户个人身份的时候,如何保障用户的隐私不被泄露又能安全检测和比较。此外,所提出的两则协议均包含半量子用户的参加。经典用户的参与降低了协议的实现成本并扩大了量子通信的适用范围,甚至推动量子通信从理论走向现实的发展进程。文章的主要研究内容如下:(1)基于Bell态的半量子安全直接通信协议(Semi Quantum Secure Direct Communicaiton Based on Bell states)。协议中量子用户Alice直接向经典用户Bob发送秘密信息。依赖于量子不确定性原理和Bell态的纠缠性,所提出的协议可实现窃听检测和秘密信息的传递,而不需额外的诱骗光子序列来辅助完成窃听检测。同时,秘密信息的传输和窃听检测的过程也是完全独立的。一旦在量子信道中发现窃听者,立即终止通信并能够确保先前发送的密文不会泄露秘密信息。此外,协议还给出了协议的安全性分析,以及效率对比。通过分析可得,当前协议不仅在操作上更加便捷,效率也是优于当前提出的一些协议的,对量子网络中隐私信息传输有一定的意义。(2)基于Bell态的半量子隐私比较协议(Semi Quantum Secret Comparison Basedon Bell states)。本章提出了一种基于Bell态的半量子隐私比较协议。半量子用户Alice和Bob能够在半诚实TP(semi honest model)的帮助下比较他们的隐私信息,并且不会被对方及窃听者截取隐私。较之前QPC协议,该协议允许经典用户参与量子隐私比较,但限制了他们只能在经典测量基{0,1}上进行测量、制备和反射量子比特。同时,协议执行过程中使用了预共享密钥,它使得Alice和Bob可以同时选择相同的操作,便于抵制参与者攻击。最后,在章节的最后一部分详细的给出了协议的安全性和效率分析。

论文目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 研究背景及其意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究内容和章节安排

第二章理论基础

2.1 量子力学的基本假设

2.1.1 状态空间假设

2.1.2 力学量算符假设

2.1.3 量子态演化假设

2.1.4 测量假设

2.1.5 复合系统假设

2.2 量子比特及其特性

2.2.1 量子比特的概念

2.2.2 量子比特的性质

2.2.3 量子比特的类型

2.2.4 量子系统的熵

2.3 半量子及其特性

2.3.1 半量子通信环境

2.3.2 半量子和全量子的区别

2.4 本章小结

第三章量子通信网络中经典隐私协议分析

3.1 量子安全直接通信协议

3.1.1 Ping-Pong协议

3.1.2 基于单粒子的半量子通信协议

3.2 经典量子隐私比较协议

3.2.1 一则经典隐私比较协议

3.2.2 正交态半量子隐私比较协议

3.3 本章小结

第四章基于Bell态的半量子安全直接通信协议

4.1 SQSDC协议

4.1.1 协议流程

4.1.2 安全性分析

4.1.3 效率分析

4.2 ESQSDC协议

4.2.1 协议流程

4.2.2 效率分析

4.3 本章小结

第五章基于Bell态的半量子隐私比较协议

5.1 半量子隐私比较协议

5.2 安全性分析

5.2.1 特洛伊木马攻击

5.2.2 截获重发攻击

5.2.3 测量重发攻击

5.2.4 翻转攻击

5.2.5 纠缠测量攻击

5.2.6 参与者攻击

5.3 效率分析

5.4 本章小结

第六章总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

作者在读期间科研成果简介

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孙裕华

导师: 闫丽丽

关键词: 量子通信,隐私保护,半量子

来源: 成都信息工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,电信技术

单位: 成都信息工程大学

分类号: O413;TN918

DOI: 10.27716/d.cnki.gcdxx.2019.000184

总页数: 56

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