量子加密技术

量子加密技术张罡0510296张汉泉0510297第一部分：基本理论原理介绍一、涉及所学的基本理论原理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。美国科学家威斯纳于1970年提出首先想到将量子物理用于密码术，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。1992年，贝内特又提出一种更简单，但效率减半的方案，即B92方案。量子密码术并不用于传输密文，而是用于建立、传输密码本。

量子密码系统基于如下基本原理:1、量子互补原理

2、量子不可克隆定理

3、单个量子的不可完全擦除定理

量子互补原理

(或称量子不确定原理)

量子互补原理。Heisenberg测不准(不确定性)关系表明，两个算符不对易的力学量不可能同时确定。因此，对一量子系统的两个非对易的力学量进行测量，那么测不准关系决定了它们的涨落不可能同时为零，在一个量子态中，如果一个力学量的取值完全确定(涨落为零)，那么与其不对易的力学量的取值就完全不能确定。这样，对一个量子系统施行某种测量必然对系统产生干扰，而且测量得到的只能是测量前系统状态的不完整信息。因此任何对量子系统相干信道的窃听，都会导致不可避免的干扰，从而马上被通讯的合法用户所发现;互补性的存在，可以使我们对信息进行共扼编码，从而保证保密通讯模式。

量子不可克隆定理

量子力学的线性特性决定了不可能对一个未知量子态进行精确复制。量子不可克隆定理保证了通过精确地复制密钥来进行密码分析的经典物理方法，对基于单光子技术的量子密码系统完全无效。

单个量子的不可完全擦除定理

量子相干性不允许对信息的载体--量子态任意地施行像存储在经典信息载体上的0,1经典信息进行地复制和任意的擦除，量子态只可以转移，但不会擦除(湮灭)。二、量子加密的基本原理我们在查阅有关介绍加密的文章时，发现一个有趣的现象，基本上信息源都叫Alice，接受着都叫Bob，窃听者都叫Eve，为不破坏这种规矩，我们在这里继续沿用这种称呼。假设两个人想安全地交换信息，Alice通过发送给Bob一个键来初始化信息，这个键可能就是加密数据信息的模式。是一个随意的位序列，用某种类型模式发送，可以认为两个不同的初始值表示一个特定的二进制位（0或1）。

以光子传输为例的图解以光子传输为例的图解1、首先，Alice和Bob商定好了一个传输秘钥2、其次，他们在传输中会加入干扰项3、最后，他们利用这样的方法进行并行传输三、量子加密的优缺点最突出的优点：其中Eve如果有窃听，会影响该光子的偏振态，Bob就会发现，这时他们就可以其他安全的通信信道。保密与窃密就像矛与盾一样相影相随，它们之间的斗争已经持续了几千年。客观上，而这相互制约，相互促进。量子密码的出现，在理论上终结了这场争斗，希望它是真正的终结者。

在有显著优点的同时，也有明显的缺点我们在了解相关料之后认为量子加密法的抗干扰性非常弱，由于窃听者的窃听会影响信息的传输，所以窃听者完全可以“自己听不懂，也不让别人听懂”，所以寻找安全的并行通信信道就成为非常关键的难题。四、未来发展除了最初利用光子的偏振特性进行编码外，现在还出现了一种新的编码方法——利用光子的相位进行编码。于偏振编码相比，相位编码的好处是对偏振态要求不那么苛刻。

要使这项技术可以操作，大体上需要经过这样的程序：在地面发射量子信息——通过大气层发送量子信号——卫星接受信号并转发到散步在世界各地的接受目标。这项技术面对的挑战之一，就是大气层站的空气分子会把量子一个个弹射到四面八方，很难让它们被指定的卫星吸收。四、未来发展量子加密的主要难题是无法远距离发送信息。美国国家标准技术研究所、洛斯阿拉莫斯国家实验室以及位于密歇根州的Albion大学的科学家最近披露，他们在去年的一次实验中，生成并在115英里的光纤线路上传输了加密量子密钥，这是这类信息传输的最远距离。

科学家们多年来一直希望量子加密能够成为传输加密数据的无敌手段。存在的问题是如何使这个技术适用于远距离环境。现在，此问题正在显示解决的迹象。

第二部分：通过学习的一些想法五、我们的几点思考在计算机技术高速发展的今天，量子密码技术正在从理论上发挥越来越大的优势，密码学也正在从传统的数学战场，转战量子物理学战场。

与传统密码学不同，量子密码学利用物理学原理保护信息。通常把「以量子为信息载体，经由量子信道传送，在合法用户之间建立共享的密钥的方法」，称为量子金钥分配(QKD)，其安全性由「海森堡测不准原理」及「单量子不可复制定理」保证。

五、我们的几点思考但是越趋近完美的东西，恐怕也有他致命的弱点。量子密码是理论上的终结者，但是在实际应用上却遇到了好多问题。我们认为，抗干扰性差可能是致命的弱点之一，另外如何保证多信道的通信安全也是一个重要的课题，可能分散式部局是一条思路，通过窃听侦察功能，可以及时地转换信道，保证通信。五、我们的几点思考另外，量子密码要有一个初始的密钥，而该法的保密性很大程度上依赖以密钥的保密程度，一旦密钥被窃，信息可能被窃听，而且面临如何远距离保密协商密钥的问题。我们认为这个问题可能在现在，同用数学原理支持的非对称加密法相配合使用，由于存在很多不确定因素，可能会较好，但是有可能在安全性上产生依赖。五、我们的几点思考到此为止，说量子密码取