量子通信基礎(chǔ)知識簡介(一)

1.量子定義:

一個物理量如果存在最小的不可分割的基本單位,那么稱該最小的單位為量子。量子是一個整體概念,它指的是研究對象的最基本單元。它最早是由德國物理學(xué)家 M·普朗克在 1900 年提出的。

2.量子密碼學(xué):

量子密碼學(xué)是密碼學(xué)與量子力學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物,是基于物理安全的,可以提供絕對的安全性。其安全性是由海森堡測不準(zhǔn)原理(不確定性原理)以及單量子不可克隆定理來保證的。具有可證明的安全性,以及竊聽者存在的可檢測性。

2.1海森堡測不準(zhǔn)原理(不確定性原理)

在量子力學(xué)里,不確定性原理(Uncertainty principle)表明,粒子的位置與動量不可同時被確定,位置的不確定性與動量的不確定性遵守不等式

2.2量子不可克隆定理

不可克隆定理(No-Cloning Theorem)是指量子力學(xué)中對任意一個未知的量子態(tài)進(jìn)行完全相同的復(fù)制的過程是不可實現(xiàn)的,該定理可以通過反證法基于量子態(tài)的疊加原理證得

3.量子密鑰分發(fā)(Quantum Key Distribution,簡稱QKD):

QKD是量子密碼學(xué)中最先實用化的應(yīng)用。利用量子系統(tǒng)來進(jìn)行信息的制備、傳輸、接收以及提純來得到物理原理上不會被別人竊取的安全對稱密鑰。其安全性不依賴于攻擊者的計算能力。QKD產(chǎn)生的密鑰結(jié)合一次一密方案(一次一密方案是已被嚴(yán)格證明的絕對安全的傳統(tǒng)加密方法)就能保證信息的安全傳輸,使用量子的方式給通訊雙方分發(fā)對稱密鑰。

4.量子密鑰分發(fā)協(xié)議
4.1BB84協(xié)議
  • 原理:利用量子的不確定性原理實現(xiàn)安全編碼的一種協(xié)議
  • 協(xié)議流程:
    Alice和Bob首先公開約定光量子的四個偏振態(tài)|0>,|1>,|+>,|->
    1. Alice產(chǎn)生一串隨機比特串
    2. Alice每次隨機選擇Z基矢或X基矢進(jìn)行調(diào)制
    3. Alice將量子態(tài)發(fā)送給Bob
    4. Bob隨機選擇Z基矢或X基矢進(jìn)行解調(diào)
    5. Bob將基矢順序發(fā)送給Alice
    6. Alice回復(fù)錯誤基矢順序
    7. Bob將錯誤基矢刪去,留下正確基矢,解調(diào)出隨機數(shù)
4.2 BBM92協(xié)議
4.3 誘騙態(tài)協(xié)議

量子通信基礎(chǔ)知識簡介(二)

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