基于量子中继信道的量子安全通信机制研究

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1、中图分类号TN918UDC39博士学位论文学校代码!Q互墨圣密级坌珏基于量子中继信道的量子安全通信机制研究ResearchonQuantumSecureCommunicationMechanisminQuantumRelayChannel作者姓名：学科专业：爵究方向：学院(系、所)：指导教师：石金晶计算机科学与技术网络与信息安全信息科学与工程学院施荣华教授论文答辩日期到答辩委员会主席j全蛆中南大学2013年5月原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表

2、或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：盈堡盏日期：盈L年』月卓日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。⋯名：驻聊镏皿一早日基于量子中继信道的量子

3、安全通信机制研究摘要：当今计算机网络技术不断发展，全球信息化已成为社会发展的必然趋势，由于计算机网络所具有的多样性、开放性、互连性等特征，使网络信息安全成为网络通信中的重要问题。由于量子通信可以完全避免具有无限计算能力的系统对网络通信安全的威胁的攻击，而使其成为保障网络信息安全的一种有效手段，并逐渐成为信息安全领域的研究热点。本文主要从确保网络信息安全、提高通信效率的角度，以量子信息和通信理论为基础，研究基于量子中继信道的量子安全通信机制，主要研究内容如下：1．量子中继安全通信领域：(1)将中继协作通信模型引入量子安全通信领域，提出了基于空时编码技术的量子中继协作通信

4、方案及其扩展方案，阐明了该方案在实现空时复用及通信安全方面的应用方法；(2)提出了噪声信道中量子中继通信系统设计与优化方案，探讨了噪声对量子中继通信的影响，阐明了量子中继能在不降低过多信噪比的前提下提高通信距离，并分别探讨了基于非最大纠缠中继信道的量子态分配、隐形传态和基于超纠缠中继信道的隐形传态的实现方法。2．量子网络安全通信领域：(1)针对量子网络多用户、分布式、资源安全共享等特点，探讨多方量子安全通信机理，提出了基于量子隐形传态的MIMO通信方案，证明了该方案中无论是相位阻尼噪声还是特殊噪声，对通信性能的影响都是有限的，并给出了非最大纠缠量子信道中的双用户隐形传

5、态实例，为后续量子网络中多用户通信系统的设计奠定了基础；(2)提出了基于量子中继信道的网络通信的设计与优化方案，证明了该方案在抵御极端攻击时所具备的较高安全性，所提出的方案在通信效率方面与现有量子通信方案相比，在理论上效率最高可以提高到原来的4倍。3．量子中继通信系统信道容量领域：(1)给出了量子中继信道结构特性，并将其分为量子单中继、串联和并联量子多中继模型，运用量子相干信息理论，分析了这几种常见的量子中继信道容量；(2)运用量子信息理论中的量子数据处理不等式和量子Fano不等式等，推导出对寻找量子中继信道容量下界有着引导作用的“改进量子Fano不等式”，并针对不同

6、情况给出了多类量子中继信道容量的下界。这些研究给出了量子中继数量及不同结构模型与信道容量之间的对应关系，为进一步对量子中继通信方案的信道容量和能效分析提供了科学的方法和手段。4．基于量子密码系统的量子签名领域：(1)从利用量子签名算法保证量子中继通信中的信息不被篡改的角度出发，基于量子傅里叶变换的签名算法提出了基于纠缠态消息的多方量子群签名方案，对纠缠态消息的多个粒子并行处理得到签名的过程通过量子线路来完成，并通过对该量子签名算法的改进，提出了基于不规则量子傅里叶变换的(t，n)门限的多方量子群签名方案；(2)提出了基于多数据的批量代理量子盲签名方案，可实现对大量消息

7、的高效签名。该博士学位论文中包含图42幅，表15个，以及参考文献143篇。关键词：量子安全通信；量子中继；量子密码；量子网络；量子信道分类号：TN918IVResearchonQuantumSecureCommunicationMechanisminQuantumRelayChannelAbstract：、斩ththedevelopmentofthemoderncomputernetwork．informationglobalizationhasbecomethetrendofhumandevelopment．Protectingthenetwork