量子密码协议设计与分析研究

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1、博士学位论文｜｜肇ｉ子密娜议设计与分析研究作者姓名王丽丽指导教师姓名＇职称马文平教授ｌ申请学位类别军事学博士ｊ学学学校校校代代代码码码10701学学学号号号1201110133分分分类类类号号号TN918.1密密密级级级公公公开开开西西西安安安电电电子子子科科科技技技大大大学学学博博博士士士学学学位位位论论论文文文量量量子子子密密密码码码协协协议议议设设设计计计与与与分分分析析析研研研究究究作作作者者者姓姓姓名名名：：：王丽丽一一一级级级学学学科科科：：：军队指挥学二二二级级级学学学科科科：：：密码

2、学学学学位位位类类类别别别：：：军事学博士指指指导导导教教教师师师姓姓姓名名名、、、职职职称称称：：：马文平教授学学学院院院：：：通信工程学院提提提交交交日日日期期期：：：2016年9月DesignandAnalysisofQuantumCryptographicProtocolsADissertationsubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofPhilosophyinCryptographyByWangLil

3、iSupervisor:MaWenpingTitle:ProfessorSeptember2016西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，。尽我所知除了文中特别加以标注和，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果致谢中所罗列的内容以外：也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同事对本研宄所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。一学位

4、论文若有不实之处，本人承担切法律责任。本人签名：日期：丨／＾丨卜１西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研宄生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交，、，论文的复印件允许查阅借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，。同时本人保证结合学位论文研宄成果完成的论文、发明专利等成果，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。本人签名：土兩巧

5、导师签名：衫十＞／日期：日期：Ｖ丨３；１摘要摘要量子密码学是一种利用量子物理学方法实现密码思想的新型密码体制，受到人们的广泛关注。它作为信息安全领域的重要分支，比经典密码体制具有更好的优越性和更高的安全性。经典密码的安全性基于计算复杂性的假设，而量子密码学的安全性基于量子力学的基本原理。由于量子密码学可以提供无条件的安全性和对外界干扰行为的检测能力，其研究具有重要的战略意义和巨大的应用前景，而且也在理论体系和实验方面取得了重大突破。本文主要对量子密码协议中的量子密钥协商、量子安全直接通信、确定的安全量子通信等内容展开研究

6、，探讨了量子密码协议的设计以及安全性分析，并取得了一些初步的研究成果，具体内容如下：1.首先利用极化-空模双自由度的单光子系统提出了一个三方量子密钥协商协议，协议中的三个参与方根据各自的子密钥和联合酉操作可以有效地协商出一个安全的共享密钥。然后我们将三方量子密钥协商协议扩展到多个参与方的情形。安全性分析表明，本文的两个协议能安全抵抗外部窃听者和内部参与方的攻击。协议中的所有参与方对共享密钥的贡献是平等的，所有参与方的任何非平凡子集都不能单独确定最终的共享密钥，且每个参与方的子密钥都能保持机密性。效率分析表明，本文的多方量子密钥协商协议的效

7、率高于其他多方量子密钥协商协议。此外，协议中只使用了单光子，利用当前的实验技术可以更容易实现单光子的制备和测量。2.鉴于目前大部分量子安全直接通信协议都是基于单自由度的单光子、EPR纠缠态或多粒子纠缠态，本文利用极化-空模双自由度的单光子系统提出了一个新的三方量子安全直接通信协议。协议中的三个合法参与方选择相应的联合酉操作将自己的机密信息比特串编码在极化-空模自由度的单光子上，且不需要在经典信道上公开交互辅助的经典信息就能同步完成机密信息的直接传输。综合的安全分析表明，新协议不仅移除了窃听检测之前的信息泄露问题，还能安全抵抗外部攻击者的大

8、多数攻击行为，且效率较其他三方量子安全直接通信协议要高。3.本文基于极化-空模双自由度的单光子系统提出了一个新的受控的量子安全直接通信协议。发送方通过联合酉操作将自己的机密信息编码在极化-空模