量子保密通信技术前沿述评

量子保密通信是利用量子力学的基本原理来实现信息无条件安全传递的一种全新密码方法,其核心是量子密钥分发。2014年正好是量子保密通信的第一个协议—BB84协议提出30周年。经过30年的发展,量子保密通信在理论和实验上都得到了快速发展,实际工程应用也初具规模。文章对量子保密通信的历史发展及研究现状进行了简要回顾,特别介绍了基于实际量子保密通信系统的量子黑客和防御。最后,对未来的几个研究方向进行了简要讨论。     

Shor-Preskill方法不能直接证明B92量子密钥分配协议

密钥分配协议安全性的证明是确保密钥分配绝对安全的要求 ,经典密码方案的安全性大多难以证明 ,而利用量子力学的基本原理 ,可以证明量子密码方案是无条件安全的。介绍了Shor Preskill对BB84量子密钥分配协议无条件安全性的证明方法 ,归纳了其技巧和特点 ,揭示了对称化方法和量子纠缠提纯技术在该方法中的作用。证明了Shor Preskill方法不能直接用来证明B92协议的无条件安全性。提出了利用Shor Preskill方法间接证明B92的可能途径。     

偏振态演化对量子密钥分发影响分析

为了解决量子密钥分发(QKD)系统中的偏振态演化问题,文中分析了偏振态演化所引起的量子误码率问题,提出了通过电动偏振控制器的搜索跟踪算法来训练光纤链路的方法,达到抵消系统中存在的各种双折射的效果,将因双折射所引起的误码率从7%降至0.8%,大大提高了密钥分发的有效性。实验结果证明该方法能够有效解决QKD中的偏振态演化问题。     

有限数据诱骗态量子密钥分配的无条件安全界限

以实验中采用最多的诱骗态量子密钥分配方案(基于预报单光子源)为研究对象,在有限数据条件下,推导了单光子态计数率下限和误码率上限的计算公式,得出了无条件安全密钥生成效率的下限和安全传输距离的范围.根据研究结论,只要已知系统发送数据数量,便可得出量子密钥分配无条件安全界限;也可以按照密钥分配的指标要求,反过来确定系统发送数据的数量.这样避免了数据有限带来的安全漏洞,提高了实际量子密钥分配的安全性和有效性.     

基于三对Bell态纠缠交换的QDKD方案

提出了一种基于三对Bell态纠缠交换的量子确定性密钥分发方案(Quantum Deterministic Key Distribution,QDKD),该方案充分利用量子纠缠交换的原理,通过对三对Bell态进行纠缠、测量操作,并辅以经典信息实现确定性密钥的分发,方案中任何窃听行为都会被及时发现。同基于两对Bell态纠缠交换的QDKD方案相比,协议利用三对Bell态并使用两种方法实现确定性密钥信息的分发。分析结果表明,方案仅用到两粒子纠缠态,没有涉及任何幺正操作,操作性强,密钥分发效率高。     

基于极化单光子和量子计算的量子秘密共享

结合量子计算算子提出一种基于极化单光子的量子秘密共享协议.该方案可以将全部量子态用于密钥共享,借助量子置换算子和量子纠缠特性证明了方案能够有效抵抗中间人攻击,利用辅助量子态进行监视,方案能够以高概率检测特洛伊木马攻击.通过对置换算子进行高维推广,证明了方案推广到(n,n)的可行性和实用性.     

基于GHZ态和Bell态纠缠的三方QDKD方案

以离散变量量子态为信息载体,利用量子纠缠原理及量子相干特性,提出了一种基于GHZ态与Bell态纠缠的三方量子确定性密钥分发方案。方案可用于向两个接收方传输待分发的确定性密钥,当制备多粒子纠缠态时,方案还能扩展成多方量子确定性密钥分发方案,极大地提高了密钥的整体分发效率。安全分析表明,方案能经受窃听者采取的截获重发攻击和纠缠攻击两种攻击方式,确保通信安全可靠。同时,该方案在执行过程中不涉及任何幺正操作,简单便捷。     

量子信息和量子信息技术

文章阐述了量子信息的概念、形成,并对量子安全通信、量子计算技术及其可能的发展和应用进行了描述.     

引入攻防树思想的“软目标”恐怖袭击风险建模

为评估"软目标"恐怖袭击风险,提高"软目标"防恐安全性,以供反恐部门决策参考,设计了一种基于攻防树的"软目标"恐怖袭击风险评估模型。针对不同的袭击方式和防御策略,构建了各类攻击结点和防御结点,对两类结点的动态交互影响因素进行了参数设定,生成了攻击防御树,引入了攻击回报(ROA)、防御回报(ROD)的概念,通过计算各场景下遇袭概率、攻防成本、攻防回报值,对有安检区域和无安检区域的人群遇袭风险进行了仿真、评估和比较。仿真结果表明,要降低"软目标"恐怖袭击风险,需要提高防御措施效率。在无安检区域实施有效的人防、物防、技防策略,可显著降低遇袭风险。     

基于纠缠交换的量子安全通信协议

基于纠缠交换和Einstein-Podolsky-Rosen纠缠对,提出一种量子安全直接通信协议和一种多方量子秘密共享协议。量子安全直接通信协议利用光子分组传输方法,与现有协议不同的是通信方可以直接将秘密消息编码为四个Bell态之一,从而不需要在保证量子信道的安全之后再对秘密消息编码。在多方量子秘密共享协议中,通信方以一定的概率选择检测模式和编码模式。协议的实现只需要Einstein-Podolsky-Rosen对而不需要制备多粒子纠缠态。与已有的协议相比较,该协议不需要局域幺正操作,协议的效率得到了显著提高。两个协议的安全性均等同于BBM92协议的安全性。     

量子控制的述评与展望

量子控制是一个迅速成长的研究领域,要作出长远的预测是非常困难的.本文先阐述了作者对量子控制的几点认识,然后概述了量子控制的发展状况,并着重分析了量子系统能控性问题,并介绍了我们近年在量子系统能控性方面的一些研究进展.最后对量子控制进行了展望,并对未来提出了建设性的建议.     

网络空间攻防技术发展动向分析

网络空间攻防技术对国家安全影响的地位日趋上升,已成为世界主要国家超前布局、优先发展的重要技术领域。文章系统梳理了主要国家在态势感知技术、攻击技术、防御技术、控制技术、支援保障技术等领域所取得重要进展和面临的问题,重点分析和前瞻了网络空间攻防技术发展的新趋势和新途径。     

空天防御体系及技术发展

网络空间攻防技术对国家安全影响的地位日趋上升,已成为世界主要国家超前布局、优先发展的重要技术领域。文章系统梳理了主要国家在态势感知技术、攻击技术、防御技术、控制技术、支援保障技术等领域所取得重要进展和面临的问题,重点分析和前瞻了网络空间攻防技术发展的新趋势和新途径。     

量子算法模拟实现技术研究

量子计算并行性展示了强大的运算能力 ,但现实条件决定了目前量子算法研究主要依靠模拟进行。本文介绍了量子计算的基本原理和计算模型 ,对量子算法的模拟实现技术进行了分析。通过对量子算法模拟的时空分析 ,指出目前量子算法模拟中存在的一些问题 ,讨论了今后的一些研究方向。     

基于Bell态与Two-qutrit态无信息泄漏的量子对话协议

基于Einistein-Podolsky-Rosen纠缠对与量子安全直接通信(QSDC),提出了一个新的基于Bell态的量子对话协议.通信双方Alice和Bob只需要进行一次通信即可实现双方之间秘密的同时交换.该方案利用一个随机比特串和检测光子来实现安全性,能够抵抗截获/重放攻击、特洛伊木马攻击和纠缠攻击等典型攻击.很多近期提出的协议中存在严重的信息泄漏,也就是说任何窃听者都可以从合法通信者的公开声明中提取到部分秘密信息,我们的方案很好地克服了这一问题.协议的效率较高,可以达到66.7％,同时由于纠缠态粒子只需要进行一次传输,该方案更简单易行.将该协议推广到two-qutrit态,其安全性仍能得到保证.     

基于旁路环境下的密码芯片安全性评估

为在复杂旁路攻击敌手环境下对密码芯片进行安全评估,通过物理可观测密码术模型框架对旁路分析过程进行建模;借鉴传统面向实际的可证明安全性理论,定义旁路环境下的两类旁路敌手:密钥恢复旁路分析敌手与不可分辨性判定旁路分析敌手,并给出了密码实现针对这两类旁路敌手的安全性度量模型;对安全性评估中的重要参数指标进行定义与推导;最后根据旁路分析定义、模型及安全性度量指标,提出针对旁路分析的通用评估框架,为研究可抵抗旁路分析攻击的密码设备打下基础。     

基于标记配对相干态光源的测量设备无关量子密钥分配

为提升量子密钥分配的性能,基于标记配对相干态光源,提出了一种四强度诱骗态测量设备无关量子密钥分配方案。首先,利用光源的双模态特性和光子数标记技术来提升传输性能,推导了单光子对计数率下限和误码率上限的计算公式;然后,考虑统计波动,分析了数据长度有限对方案性能的影响。数值仿真结果表明:基于标记配对相干态光源的测量设备无关量子密钥分配方案在安全传输距离和密钥生成效率上都优于现有基于弱相干态光源和预报单光子源的测量设备无关量子密钥分配方案;在统计波动条件下,方案性能会随着数据长度的减少而降低,但即使数据长度减少到10~(10),基于标记配对相干态光源的测量设备无关量子密钥分配方案的最大传输损耗容忍度仍可达36 dB,优于现有的其他方案。     

量子雷达技术的发展现状及趋势

随着量子理论基础的奠定以及量子技术的发展,人们尝试利用量子力学规律来进一步提升雷达探测能力,量子雷达技术应运而生。首先,给出量子雷达的定义,并将量子雷达技术按照量子技术在雷达中的实现方式分为量子纠缠雷达、量子增强雷达和量子衍生雷达。其次,阐述量子雷达独有的特点并将其与经典雷达进行对比。再次,针对量子雷达不同技术分支重点综述其主流技术以及实用化进程。最后,总结量子雷达相比经典雷达在探测、成像等方面的优势,并指出量子雷达技术在发展中亟待解决的理论技术难题,同时对量子雷达发展趋势进行展望。     

舰艇编队Ad Hoc网络信任模型

将引入权重的门限秘密共享方案与基于身份的签名方案相结合,针对海上舰艇编队网络通信簇结构提出了一个Ad Hoc网络信任模型.在模型中,系统自身完成密钥对的分发,所有簇首共享系统私钥.任意t份系统私钥分量就可恢复出系统私钥,完成编队成员的身份认证.系统周期更新密钥,可有效防御恶意攻击.     

五位量子纠错码的各种形式

在各种量子纠错方案中五位量子纠错码被讨论得最多,本文按照正交条件,用图表对各种错误形式进行分类,再利用图表的直观性和对称性提供了一个较方便地找出５位量子纠错码各种形式的方法。