量子加密技術(shù)

量子加密技術(shù)張罡0510296張漢泉0510297第一部分：基本理論原理介紹一、涉及所學(xué)的基本理論原理量子密碼術(shù)是密碼術(shù)與量子力學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物，它利用了系統(tǒng)所具有的量子性質(zhì)。美國(guó)科學(xué)家威斯納于1970年提出首先想到將量子物理用于密碼術(shù)，1984年，貝內(nèi)特和布拉薩德提出了第一個(gè)量子密碼術(shù)方案，稱為BB84方案。1992年，貝內(nèi)特又提出一種更簡(jiǎn)單，但效率減半的方案，即B92方案。量子密碼術(shù)并不用于傳輸密文，而是用于建立、傳輸密碼本。

量子密碼系統(tǒng)基于如下基本原理:1、量子互補(bǔ)原理

2、量子不可克隆定理

3、單個(gè)量子的不可完全擦除定理

量子互補(bǔ)原理

(或稱量子不確定原理)

量子互補(bǔ)原理。Heisenberg測(cè)不準(zhǔn)(不確定性)關(guān)系表明，兩個(gè)算符不對(duì)易的力學(xué)量不可能同時(shí)確定。因此，對(duì)一量子系統(tǒng)的兩個(gè)非對(duì)易的力學(xué)量進(jìn)行測(cè)量，那么測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系決定了它們的漲落不可能同時(shí)為零，在一個(gè)量子態(tài)中，如果一個(gè)力學(xué)量的取值完全確定(漲落為零)，那么與其不對(duì)易的力學(xué)量的取值就完全不能確定。這樣，對(duì)一個(gè)量子系統(tǒng)施行某種測(cè)量必然對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，而且測(cè)量得到的只能是測(cè)量前系統(tǒng)狀態(tài)的不完整信息。因此任何對(duì)量子系統(tǒng)相干信道的竊聽，都會(huì)導(dǎo)致不可避免的干擾，從而馬上被通訊的合法用戶所發(fā)現(xiàn);互補(bǔ)性的存在，可以使我們對(duì)信息進(jìn)行共扼編碼，從而保證保密通訊模式。

量子不可克隆定理

量子力學(xué)的線性特性決定了不可能對(duì)一個(gè)未知量子態(tài)進(jìn)行精確復(fù)制。量子不可克隆定理保證了通過精確地復(fù)制密鑰來(lái)進(jìn)行密碼分析的經(jīng)典物理方法，對(duì)基于單光子技術(shù)的量子密碼系統(tǒng)完全無(wú)效。

單個(gè)量子的不可完全擦除定理

量子相干性不允許對(duì)信息的載體--量子態(tài)任意地施行像存儲(chǔ)在經(jīng)典信息載體上的0,1經(jīng)典信息進(jìn)行地復(fù)制和任意的擦除，量子態(tài)只可以轉(zhuǎn)移，但不會(huì)擦除(湮滅)。二、量子加密的基本原理我們?cè)诓殚営嘘P(guān)介紹加密的文章時(shí)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象，基本上信息源都叫Alice，接受著都叫Bob，竊聽者都叫Eve，為不破壞這種規(guī)矩，我們?cè)谶@里繼續(xù)沿用這種稱呼。假設(shè)兩個(gè)人想安全地交換信息，Alice通過發(fā)送給Bob一個(gè)鍵來(lái)初始化信息，這個(gè)鍵可能就是加密數(shù)據(jù)信息的模式。是一個(gè)隨意的位序列，用某種類型模式發(fā)送，可以認(rèn)為兩個(gè)不同的初始值表示一個(gè)特定的二進(jìn)制位（0或1）。

以光子傳輸為例的圖解以光子傳輸為例的圖解1、首先，Alice和Bob商定好了一個(gè)傳輸秘鑰2、其次，他們?cè)趥鬏斨袝?huì)加入干擾項(xiàng)3、最后，他們利用這樣的方法進(jìn)行并行傳輸三、量子加密的優(yōu)缺點(diǎn)最突出的優(yōu)點(diǎn)：其中Eve如果有竊聽，會(huì)影響該光子的偏振態(tài)，Bob就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這時(shí)他們就可以其他安全的通信信道。保密與竊密就像矛與盾一樣相影相隨，它們之間的斗爭(zhēng)已經(jīng)持續(xù)了幾千年?？陀^上，而這相互制約，相互促進(jìn)。量子密碼的出現(xiàn)，在理論上終結(jié)了這場(chǎng)爭(zhēng)斗，希望它是真正的終結(jié)者。

在有顯著優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也有明顯的缺點(diǎn)我們?cè)诹私庀嚓P(guān)料之后認(rèn)為量子加密法的抗干擾性非常弱，由于竊聽者的竊聽會(huì)影響信息的傳輸，所以竊聽者完全可以“自己聽不懂，也不讓別人聽懂”，所以尋找安全的并行通信信道就成為非常關(guān)鍵的難題。四、未來(lái)發(fā)展除了最初利用光子的偏振特性進(jìn)行編碼外，現(xiàn)在還出現(xiàn)了一種新的編碼方法——利用光子的相位進(jìn)行編碼。于偏振編碼相比，相位編碼的好處是對(duì)偏振態(tài)要求不那么苛刻。

要使這項(xiàng)技術(shù)可以操作，大體上需要經(jīng)過這樣的程序：在地面發(fā)射量子信息——通過大氣層發(fā)送量子信號(hào)——衛(wèi)星接受信號(hào)并轉(zhuǎn)發(fā)到散步在世界各地的接受目標(biāo)。這項(xiàng)技術(shù)面對(duì)的挑戰(zhàn)之一，就是大氣層站的空氣分子會(huì)把量子一個(gè)個(gè)彈射到四面八方，很難讓它們被指定的衛(wèi)星吸收。四、未來(lái)發(fā)展量子加密的主要難題是無(wú)法遠(yuǎn)距離發(fā)送信息。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所、洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室以及位于密歇根州的Albion大學(xué)的科學(xué)家最近披露，他們?cè)谌ツ甑囊淮螌?shí)驗(yàn)中，生成并在115英里的光纖線路上傳輸了加密量子密鑰，這是這類信息傳輸?shù)淖钸h(yuǎn)距離。

科學(xué)家們多年來(lái)一直希望量子加密能夠成為傳輸加密數(shù)據(jù)的無(wú)敵手段。存在的問題是如何使這個(gè)技術(shù)適用于遠(yuǎn)距離環(huán)境。現(xiàn)在，此問題正在顯示解決的跡象。

第二部分：通過學(xué)習(xí)的一些想法五、我們的幾點(diǎn)思考在計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展的今天，量子密碼技術(shù)正在從理論上發(fā)揮越來(lái)越大的優(yōu)勢(shì)，密碼學(xué)也正在從傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)戰(zhàn)場(chǎng)，轉(zhuǎn)戰(zhàn)量子物理學(xué)戰(zhàn)場(chǎng)。

與傳統(tǒng)密碼學(xué)不同，量子密碼學(xué)利用物理學(xué)原理保護(hù)信息。通常把「以量子為信息載體，經(jīng)由量子信道傳送，在合法用戶之間建立共享的密鑰的方法」，稱為量子金鑰分配(QKD)，其安全性由「海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理」及「單量子不可復(fù)制定理」保證。

五、我們的幾點(diǎn)思考但是越趨近完美的東西，恐怕也有他致命的弱點(diǎn)。量子密碼是理論上的終結(jié)者，但是在實(shí)際應(yīng)用上卻遇到了好多問題。我們認(rèn)為，抗干擾性差可能是致命的弱點(diǎn)之一，另外如何保證多信道的通信安全也是一個(gè)重要的課題，可能分散式部局是一條思路，通過竊聽偵察功能，可以及時(shí)地轉(zhuǎn)換信道，保證通信。五、我們的幾點(diǎn)思考另外，量子密碼要有一個(gè)初始的密鑰，而該法的保密性很大程度上依賴以密鑰的保密程度，一旦密鑰被竊，信息可能被竊聽，而且面臨如何遠(yuǎn)距離保密協(xié)商密鑰的問題。我們認(rèn)為這個(gè)問題可能在現(xiàn)在，同用數(shù)學(xué)原理支持的非對(duì)稱加密法相配合使用，由于存在很多不確定因素，可能會(huì)較好，但是有可能在安全性上產(chǎn)生依賴。五、我們的幾點(diǎn)思考到此為止，說量子密碼取