量子密码术PPT课件

量子密码术量子密码术 前言 由於量子特性在信息領域中有著獨特的功能，在提高運算速度、確保信息安全、增大信息容量和提高檢測精度等方面可能突破現有的經典信息系統的極限，因而量子力學便首先在信息科學中得到應用，一門新的學科分支量子信息學也應運而生。該學科是量子力學與信息科學相結合的產物，是以量子力學的態疊加原理為基礎，研究信息處理的一門新興前沿科學。量子信息學包括量子密碼術、量子通信、量子計算機等幾個方面，近年來在理論和實驗上都取得了重大的突破。量子密码术 量子密码术是密码术与量子力学结合的产物,它利用了系统所具有的量子性质。量子密码术起源于世界的不确定性,它的安全原理依赖于经典信息理论和海森伯测不准原理.起源与发展1.首先想到将量子物理用于密码术的是美国科学家威斯纳。威斯纳于1970年提出，可利用单量子态制造不可伪造的“电子钞票”。但这个设想的实现需要长时间保存单量子态，不太现实。2.1984年，贝内特和布拉萨德提出了第一个量子密码术方案，称为BB84方案，由此迎来了量子密码术的新时期。贝内特和布拉萨德在研究中发现，单量子态虽然不好保存但可用于传输信息。3.1989年Bennett等人演示成功量子密码钥匙分配4.英国Ekert在“1991年基于量子力学的另一种概念提出一种基于EPR关联对的协议。EPR关联是指非局域的量子相关效应5.1992年，Bennett指出，可以只用两个非正交偏振态来实现密钥分配，即B92协议，这是一种简单但效率减半的协议。6.1993年,Townsend等人完成光纤中相位编码方式的密码钥匙分配.以后又有改进.7.1997年,利用光子相位干涉实现一点到三点的密钥分配.8.2000年美国的Johns Hopkins大学第一次成功的实现了225m长的自由空间密钥分配实验，误码率为2%比特率为1kb/s。密码钥匙的量子力学基础 海森堡测不准原理”海森堡测不准原理”是量子力学的基本原理，它说明了观察者无法同时准确地测量待测物的“位置”与“动量”。“单量子不可复制定理”单量子不可复制定理”是海森堡测不准原理的推论，它指在不知道量子状态的情况下复制单个量子是不可能的，因为要复制单个量子就只能先作测量，而测量必然改变量子的状态。量子密码术的原理 量子密码最基本的原理是“量子纠缠”一个特殊的晶体将一个光子割裂成一对纠缠的光子。1.被爱因斯坦称为“神秘的远距离活动”的量子纠缠，是指粒子间即使相距遥远也是相互联结的。2.大多数量子密码通信利用的都是光子的偏振特性这一对纠缠的光子一般有两个不同的偏振方向，就像计算机语言里的“0”和“1”。根据量子力学原理，光子对中的光子的偏振方向是不确定的，只有当其中一个光子被测量或受到干扰，它才有明确的偏振方向，它代表“0”和“l”完全是随机的，但一旦它的偏振方向被确定，另外一个光子就被确定为与之相关的偏振方向。当两端的检测器使用相同的设定参数时，发送者和接收者就可以收到相同的偏振信息，也就是相同的随机数字串。密码系统的基本单元密码钥匙分配基本原理 1.BB4协议 2.第一个量子密钥分发实验 3.相位编码量子密码术原理相位编码方案 基于双Mach-zehnder干涉一的系统 基于法拉第镜”即插即用”系统法拉第镜 法拉第镜即是在一个普通的反射镜前粘贴一个/4的法拉第旋转器.由于法拉第镜反射前后光脉冲的偏振态相互正交,切与初始偏振态无关,因此可以补偿光纤中的偏振波动.量子密码学的前景及未来的发展方向1.从量子理论的最基本概念出发,有利论上提出设想,到今天几十公里远的密钥分配,接近实用化的量子密码传输系统只用了几年时间,说明社会对它需求的迫切性,它的前景是很广阔的.2.发展方向 1)寻找量子密码应用的新领域:如何将量子力学的优势和公钥体制结合起来是一一个值得探讨的问题.2).利用量子中继技术增加传输距离.3.)提高比特传输率.4).小型与集成化 以偏振为例来说明BB84协议的原理 协议采用四个非正交态作为量子信息态，且这四个态分属于两组共轭基，每组基内的两个态是相互正交的。两组基互为共轭是指一组基中的任一基矢在另一组基中的任何基矢上的投影都相等。因此，对于某一基的基矢量子态，以另一组共轭基对其进行测量会消除它测量前具有的全部信息而使结果完全随机，也就是说测量一组基中的量将会对另一组基中的量产生干扰。光子的线偏振量和圆偏振量就是互为共轭的量。不论是用左旋圆还是右旋圆偏振基测量线偏振光子，都是各以一半的几率得到左旋或右旋圆偏振态。反之亦然Alice随机地选择右旋、左旋、水平或垂直四种中任一种偏振态的光子并发送给Bob Bob随机地独立选择线偏振基或圆偏振基测量该光子的偏振态 Bob实际所测到的偏振方向（只有“Bob自己知道，其中一些态未被检测到，以空格表示）Bob公布他检测到态时所采用的测量基（如，通过打电话告诉Alice），但不公布测量到哪个偏振态，Alice告诉Bob哪些测量基是正确的并保留下来，其余的丢弃掉 Alice和Bob仅保留相同基时的态，并按约定的规则转化为二进制序列（如左旋圆偏振态和水平线偏振态代表比特“0”，右旋圆偏振态和垂直线偏振态代表比特“1”步骤相位编码量子密码术原理