量子密码的过去、现在与将来

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,中国科学院量子信息重点实验室,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,量子密码的过去、现在与未来,一、信息安全的意义,(,一,).,甲午海战,1894,年中日之战，北洋舰队全军覆没！,价值：,割让东三省,+,彭湖列岛,+,台湾,+,白银,2,亿两,教训：没有保密国家就没有了一切！,一、信息安全的意义,(,二,).,中途岛海战,1941,年,12,月，偷袭珍珠港成功，摧毁了美军的海军主力！,计划,1942,年,6,月，突袭中途岛，全歼美国海军,！,价值：,典型的以少胜多，日本海军走向全面失败的开始！,航母,战列舰,巡洋舰,驱逐舰,日本,5,（,4,）,11,8,49,美国,3,0,8,14,一、信息安全的意义,(,三,),、山本五十六之死,1943,年四月，美军伏击日本海军大将获得成功，动摇了日本的军心！,导致日军失败的最高级密码,-,（紫密,JN25,）,密码学的教训：,1,、更换不及时,2,、密钥间不应该有关联性,二、现代密码学研究内容,1,、密码原理和技术研究；,2,、身份识别与认证；,3,、数字签名与防抵赖技术；,4,、,PKI,技术；,5,、,VPN,技术；,6,、信息隐藏技术。,二、现代密码学研究内容,什么是明文，密文？,二、现代密码学研究内容,二、现代密码学研究内容,现代加密方法,二、现代密码学研究内容,密钥,三、密码类型,1,、序列密码（随机码串）；,2,、分组密码；,3,、公开（钥）密码；,私钥：,加密密钥是保密的！需要密钥分配过程！,公钥：,加密密钥是公开的！不需要密钥分配过程！,私钥,公钥,四、密钥的应用过程,基于私钥的保密通信,私钥的特点,优点：,1.,抗计算能力强,2.,理论上存在绝对安全性,(,单次、等长,),缺点：,密钥分配困难,1.,难以更换,2.,储存降低安全性,四、密钥的应用过程,基于公钥的保密通信,四、密钥的应用过程,公钥的特点,优点： 分配方便；便于更换；无需储存,缺点,:,安全性未严格证明；计算速度的挑战,量子计算的挑战：,RSA (1024 bits) 2000 Qbits,量子计算,Bell,实验室，,Peter Shor,Quant-ph/9508027,ECC,（,160 bits ) 1000Qbits,量子计算,加拿大,Waterloo,大学,John Proos,等,Quant-ph/0301141,四、密钥的应用过程,1.,量子保密通信,五、量子密码,五、量子密码,什么是量子密码,量子密码是采用量子力学原理，通过公开的信道在异地用户之间,能严格保证分配过程安全,的密钥分配方法！,量子密码,=,量子密钥分配,2,、量子密码的本质：,解决了分配问题的私钥体系,3,、量子密码意义：,解决了现有密码体系的本质问题的,一种新的密码学方法！,五、量子密码,六、量子密码原理,1.,量子密钥分配的安全保证,A.,以单光子,(,量子,),携带信息,不怕敌人分取信息,;,B.,量子不可克隆定律保证敌人不可能拷贝信息。,物理层面的安全性,2.,量子密钥分配的几种方案,（,B92,）方案；,B. EPR,方案,C.,正交态方案；,D.,信道加密方案,六、量子密码原理,方案,A.,偏振编码,光子偏振态代表,0,、,1,两组（基）共四个不同的偏振态,例如： 水平，垂直偏振基,正,45,度，负,45,度偏振基,Alice,随机选送四个态中的任意一个,Bob,随机选任意一组基测量,优点：简单、易行,适用：自由空间密钥分配,六、量子密码原理,密钥分配过程原理,随机选择一个偏振态光子传出,2,.Bob,随机选择一组偏振基同步测量,3,.Bob,实际测得的偏振光子（只,Bob,知道）,4,.Bob,通知,Alice,测量到光子用的偏振基（不是态）,告诉,Bob,那些选择是正确的,6,.,双方安约定转换成,0,、,1,B.,相位编码,以,M-Z,干涉仪分配密码,第一组基：,0,，,； 第二组基： ,/2,，,3 /2,（水平、垂直偏振） （左，右圆偏振）,优点：,干线抗干扰力强,1.,可能的传输距离远；,2.,长期稳定性好；,适合光纤远程密码分配,相位编码的实验系统,偏振无关双不等臂,M-Z,干涉仪系统,2),法拉第反射镜自补偿式系统,两种系统的比较,双,M-Z,式,特点：偏振无关,稳定性差,M-Z,干涉仪对称性要求高,适用单光子光源,抗途中低频干扰,法拉第反射镜式,特点：偏振自补偿,稳定性好,M-Z,干涉仪无对称性问题,不适用单光子光源,距离越远效率越差，长程抗低频干扰能力越差,不能抵御木马攻击,三、国外的最新进展,1,、瑞士日内瓦湖底的量子密码实验（,67,公里）,2,、日本,实现,100,公里光纤量子密钥传输（,NEC 2003,）,3,、德英合作自由空间量子密钥分配,23,公里,4,、美国,MagiQ,公司,世界上第一台商用量子密码机,NAVAJO,自动检查安全性,自动更新密钥,抗得住将来的计算,永不过时,四、我们的进展,已经建立,公里量子保密通信演示系统,保密通讯演示效果,原始图象,接收图象,加密图象,解密图象,纠错后，实际,误码率,0.9%,2,、,点对点光纤量子密钥分配,1,）已实现,150,公里实验室内的量子密钥分配！,2,）首次解决了单向传输的稳定性问题！,系统的距离与误码关系,3,、“量子路由器”,基于“量子路由器”的局域光纤量子密钥分配网络,4,、自由空间量子密钥分配,室内；距离：,12,米,七、未来要研究什么？,1,、光纤量子密钥分配方面：,A,、点对点系统稳定性进一步提高；,2,、自由空间量子密钥分配：,A,、实现空间实验室,-,地面站之间的量子密,钥分配！,B,、 实现地面网与星,-,地网之间的连接,量子保密通信广域网！,3,、光子电子学,（,1,）单光子探测器；,（,2,）高精度射频脉冲电路；,（,3,）时间滤波电子学；,（,4,）单光子光源,量子密码,量子计算机,星地量子密码,4,、量子密码安全性分析,5,、理论研究,（,1,）纠错与保密放大技术,（,2,）量子密码理论方案与新技术研究,Thank you!,