量子与量子密码技术介绍

确定没有致命性的窃听后，通过数据协调和密性放大等保密 加强技术对得到的数据进一步处理，得到的最终密钥
实现BB84协议的技术困难
• • • • • 单光子源 单光子探测器 信道无干扰 设备的非理想性 需要身份认证、密钥存储等技术改良配合
理论安全性
量子密钥的理论安全性已得到严格的数学证明
1999年，首个量子密钥分配的无条件安全性证明 被提出； 2001年，理想的BB84协议被证明无条件安全性； 2004年，结合实际的量子密钥分配安全性被证明； ......
量子密码学简介
• 量子密码指采用量子态作为信息载体，经由量子 通道在合法的用户之间传送密钥 • 狭义量子密码学主要指量子密钥分配等基于量子 技术实现经典密码学目标的结果，广义量子密码 学则是指能统一刻画狭义量子密码学和经典密码 学的一个理论框架
• 1969年，美国学者Wiesner以“量子钞票”的形式 提出量子密码学的原始概念，并提出共轭编码和 概率信息传递思想，成为量子密码学的萌芽。
量子密码技术
一、量子物理——奇妙的量子世界
量子理论
• 经典世界与量子世界
牛顿力学与量子力学 确定与概率
• 量子理论的核心：
波粒二象性 测不准原理
不可克隆定理
二、经典密码——缺陷和挑战
保密通信的过程，问题是密文在传输过程中会有人窃听，如 何让窃听者窃听不到，这是保密通信的主要思想
通信双方事先共享相同的密钥，窃听者容易破译出来。一次一密是绝对安 全的，但在每次更换密钥时需要将密钥传输给对方，而经典密码是可以克 隆的，密钥传输存在漏洞。
• 测量塌缩原理
除非该量子态本身即为测量算符的本证态，否则对量 子态进行测量会导致“波包塌缩”，即测量会改变量子本 身的状态
经过上述步骤得到筛后数据，接着要做的是判断通信有没有被 窃听
窃听者存在单个量子误码率是25%
• ，
A与B得到筛后数据后，通过公开信道交换部分筛后数据， 比较误码率，பைடு நூலகம்定有无致命性的窃听
我们很容易算出67X71=4575，但很难算出4757分解成两个质 数乘积
量子计算机即将问世，以前需要耗费大量时间的破译， 如果使用量子计算机将很快破译
为了应对强大的量子计算机 我们需要无条件安全的一次一密的加密方案
为了解决密钥窃取和一次一密中密钥分发的困难 我们需要借助量子力学的力量
三、量子密码——实现无条件安全的希望
与量子密码相关的论文数量和专利数量逐年攀升
量子密码的实用化之路
• 《量子密码学》 ——曾贵华 • 《量子密码通信》——马瑞霖 • 《来自量子世界的新技术》 ——中国科技大学公开课
• 1984年，Bennett与Brassard提出量子密钥分配的 概念，以及第一个量子密码分配协议——BB84协 议，标志量子密码技术的开端。
量子密码的安全性由量子力学的物理原理保障
• 不确定原理（测不准原理）
两个具有互补性的物理量不能同时精确测量
• 不可克隆原理
无法对一个未知的量子态进行精确的复制
四、实用化之路——量子密码的现状与前景
商用化量子密码产品
美国MAGIC TECH公司
瑞士ID QUANTIQUE公司
商用化量子密码产品
• 安徽问天量子科技公司
北京-天津商用光纤量子密码实验
2004年，我国在国际上首次成功分析实际光纤量子密 码系统不稳定的原因，并提出解决方案——适用法拉 第发射镜的迈克耳孙干涉方案，并实现国际上第一个 城际量子密码实验，量子线路长度125公里，创下世 界纪录。