浅谈bb84量子密钥分配及其后处理的仿真分析

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1、华中科技大学硕士学位论文BB84量子密钥分配及其后处理的仿真分析姓名：陈莹申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：胡和平20090522华中科技大学硕士学位论文摘要量子密码学是基于量子力学原理的，具有无条件安全的新型密码体制。其起源及核心技术是量子密钥分配协议，致力于解决无条件安全密钥分发问题，与一次一密相结合实现无条件安全密码通信。在具备量子力学、量子线路模型及信息论知识基础上，全面了解量子密钥分配协议的研究现状，针对BB84量子密钥分配协议进行深入研究。首先，理论分析BB84协议原理与流程，

2、后处理技术以及可能的攻击方法。然后，基于QCircuit软件对BB84协议及截取/重发攻击方法进行量子线路模型仿真，并结合信息论知识，构造协议可靠性和有效互信息量的量化分析线路模型，定量分析不同攻击模型与噪声信道模型下BB84协议的有效性及安全性。实验分析结果表明：在非理想环境下，BB84协议不进行有效的协商纠错和保密增强，通信双方无法得到一致的安全的共享密钥。因此，进一步仿真分析协商纠错和保密增强后处理协议，在QuCrypto基础上开发仿真软件，初步实现BB84协议结合Cascade协商纠错和Toep

3、litz矩阵universal2classH3保密增强的无条件完全密码通信系统的仿真测试，并依据实验结果分析后处理协议在不同误码率下的影响。关键词：量子密钥分配，量子线路模型，后处理，仿真分析I华中科技大学硕士学位论文AbstractQuantumcryptographyisanewunconditionalsecuritycryptographybasedontheprinciplesofquantummechanics.Itsoriginalandcoretechnologyisquantumkey

4、distributionprotocol(QKD),whichisappliedtoresolvetheunconditionallysecurekeydistributionproblem,togetherwithone-timepadtoachievetheunconditionallysecurecryptographicalcommunications.Withtheknowledgebaseofquantummechanics,quantumcircuitmodelandtheinformat

5、iontheory,thecurrentalresearchstatusofquantumcryptographicprotocolisknowedcomprehensively,andthentheBB84quantumkeydistributionprotocolisstudiedindetails.Firstofall,theprincipleandprocessofBB84protocolandpostprocessingtechnologyarediscusseddeeply,aswellas

6、itspossibleattack.Then,basedonQCircuitsoftware,thequantumcircuitmodelsofsimulatingBB84andintercept/resendattacksaredesigned.Also,togetherwithinformationtheory,thequantitativeanalysiscircuitsoftheprotocolreliabilityandavailablemutualinformationareconstruc

7、tedtoanalyzetheBB84effectivenessandsecurityunderdifferentattacksandchannelmodels.Theexperimentalresultshowsthat,withouttheeffectivereconciliationandprivacyamplification,thetwopartiesunderBB84protocolcan’tsharethesameandsecurekeyinthenon-idealcircumstance

8、s.Therefore,thefurthersimulationandanalysisofthepost-processingprotocolscontainingreconciliationandprivacyamplificationiscarriedon.ThesimulationsoftwareisdevelopedbasedonitsformerQuCrypto.Andtheunconditionalsecurecryptogra