基于RRDPS的量子保密通信技术研究

摘要

量子信息学是量子力学和信息学结合的交叉学科，采用量子力学的基本定律提供一种安全方式来实现私人信息交换。量子密钥分配（Quantum Key Distribution, QKD）作为量子信息学的核心，通过在通信双方之间共享安全密钥实现无条件安全通信。在过去的30年，传统QKD协议的设计依赖于监控信号干扰并估计信息泄露数量的上限值，从而确保通信的安全。最常用的方式为利用接收信号随机采样得到的比特错误率来估计相位错误率。当协议要求较高参数估计精度，随机采用并丢弃的信号增加，导致协议的效率降低。2014年 T. Sasaki等人提出 Round Robin Differencial Phase Shift Quantum Key Distribution(RRDPS QKD)。该方案无需通过测量监控信号干扰就可保证最终密钥的安全，有很好比特错误容忍和有限长度密钥效应。RRDPS利用激光脉冲序列就可实现与诱骗态 QKD协议相比拟的最终密钥生成率，成为高可行性实现QKD的方案。
　　本文将增强量子密钥分配的安全性和实用性作为出发点，主要从协议理论安全性分析、实验方案及改进和对协议扩展应用几个层面研究了RRDPS量子密钥分配协议。具体工作如下：
　　1、从该协议的安全机制（RRDPS机制）、相位错误率估计和密钥率几个角度对RRDPS量子密钥分配协议展开安全性研究。并对被动RRDPS协议的安全性进行了验证。
　　2、介绍了四种RRDPS实验方案和可变延迟干涉仪设计方案，并对各种方案进行详细的对比分析，从实验可行性和提高生成密钥率的角度提出了基于平衡主动可变延迟干涉仪的扩展自由度DPS-RRDPS改进实验方案。
　　3、通过对纠缠态量子秘密共享（Quantum secret sharing，QSS）、单光子QSS和多方 QSS协议的研究，提出了基于 RRDPS机制的 QSS和量子秘密比对(Quantum Private Comparison, QPC)协议，并从协议正确性、外部Eve攻击和恶意内部参与者三个角度对提出的协议进行了安全性分析。

目录

声明

第一章 引 言

1.1 课题背景和研究意义

1.2 量子保密通信协议研究现状

1.3 课题主要研究内容和组织结构

第二章 RRDPS量子密钥分配协议安全性研究

2.1 RRDPS量子密钥分配协议流程简介

2.2 RRDPS QKD安全性分析

2.3 相位错误率估计与密钥率计算

2.4 本章小结

第三章 RRDPS量子密钥分配实验方案研究与改进

3.1 典型RRDPS QKD实验方案介绍

3.2 被动RRDPS协议安全性分析

3.3 RRDPS QKD实验方案改进

3.4 本章小结

第四章 RRDPS机制在量子密码协议设计中的应用

4.1 量子秘密共享协议介绍

4.2 基于RRDPS的量子秘密共享协议设计

4.3 基于RRDPS的量子秘密比对协议设计

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果