2026年量子计算与密码学深度练习题

2026年量子计算与密码学深度练习题一、单选题（每题2分，共20题）1.量子计算机在破解RSA加密算法时，主要利用了量子比特的什么特性？A.量子叠加B.量子纠缠C.量子隧穿D.量子退相干2.Shor算法在量子计算中主要用于解决什么问题？A.大数分解B.字符串匹配C.图搜索D.数据压缩3.量子密钥分发（QKD）的核心优势在于？A.高传输速率B.低功耗C.抗量子破解D.广泛兼容性4.量子随机数生成器的关键优势是什么？A.生成固定长度序列B.可预测性C.基于经典算法D.不可克隆性5.量子隐形传态的实现依赖于？A.量子比特直接传输B.经典信道传输C.量子纠缠共享D.量子退火技术6.NIST量子安全标准中，推荐使用的量子抗性签名算法是？A.RSA-OAEPB.ECDSAC.SPHINCS+D.SHA-37.量子计算机在优化问题（如TSP）中，主要应用？A.布朗子算法B.叠加态算法C.化学分子模拟D.量子退火8.量子密钥分发的经典安全假设是什么？A.贝尔不等式不成立B.海森堡不确定性原理C.量子不可克隆定理D.量子非定域性9.量子加密中，"设备无关QKD"（DIQKD）的主要挑战是？A.需要经典辅助信道B.易受侧信道攻击C.量子态制备困难D.无法抵抗量子测量10.量子密钥分发的安全性基础是什么？A.狡猾测量问题B.量子不可克隆定理C.量子非定域性D.经典密码学理论二、多选题（每题3分，共10题）1.量子计算机在密码学领域的主要威胁包括？A.破解RSAB.破解ECCC.破解对称加密D.量子隐形传态2.量子密钥分发的关键协议有哪些？A.BB84B.E91C.MDI-QKDD.QKD-II3.量子抗性密码算法的设计原则包括？A.基于量子假设B.非确定性计算安全C.抗量子分解算法D.经典侧信道防护4.量子计算对现有密码体系的冲击体现在？A.RSA-2048不再安全B.ECC曲线长度需增加C.对称密钥长度需翻倍D.抗量子密码需求迫切5.量子密钥分发的物理层挑战包括？A.量子态衰减B.信道噪声C.量子存储能力D.协议实现复杂度6.量子抗性签名算法的特点是？A.基于哈希函数B.抗量子分解C.可验证性D.无法被量子破解7.量子计算机在科学计算中的优势领域包括？A.药物分子模拟B.材料设计C.人工智能优化D.密码学破解8.量子密钥分发的安全模型基于？A.量子力学原理B.经典信息论C.量子不可克隆定理D.贝尔不等式9.量子抗性加密算法的评估标准包括？A.量子抗性证明B.实际效率C.侧信道防护D.兼容性10.量子计算对密码学的影响路径包括？A.破解现有算法B.推动抗量子算法研究C.改变密钥管理方式D.增加加密开销三、简答题（每题5分，共6题）1.简述Shor算法如何破解RSA加密。2.比较BB84协议和E91协议的异同。3.解释量子不可克隆定理及其在QKD中的应用。4.简述量子抗性密码算法的设计思路。5.量子密钥分发的典型攻击类型有哪些？6.量子计算机在密码学领域的发展趋势是什么？四、论述题（每题10分，共2题）1.论述量子密钥分发在实际应用中的挑战及解决方案。2.论述量子抗性密码算法的标准化进程及未来方向。答案与解析一、单选题答案与解析1.A解析：RSA破解依赖大数分解，Shor算法通过量子叠加和量子并行性实现高效分解。2.A解析：Shor算法基于量子傅里叶变换，解决大数分解问题，是RSA的威胁。3.C解析：QKD利用量子不可克隆定理和测量塌缩原理，实现无条件安全密钥分发。4.D解析：量子随机数生成器利用量子力学原理，输出真随机数，不可被经典算法预测。5.C解析：量子隐形传态依赖量子纠缠，将量子态从一处传输到另一处。6.C解析：SPHINCS+基于哈希签名，抗量子破解，是NIST推荐算法。7.D解析：量子退火适用于优化问题，如旅行商问题（TSP）。8.C解析：QKD安全性基于量子不可克隆定理，任何窃听都会干扰量子态。9.A解析：DIQKD无需经典辅助信道，但面临测量设备安全挑战。10.B解析：QKD安全性基于量子不可克隆定理，确保密钥随机性。二、多选题答案与解析1.A,B,C解析：量子计算机可破解RSA/ECC对称加密，但量子隐形传态是通信技术。2.A,B,C,D解析：BB84/E91/MDI-QKD/QKD-II是典型QKD协议。3.A,B,C解析：抗量子算法需基于量子假设、非确定性安全、抗分解。4.A,B,D解析：RSA/ECC需增强，但对称加密需增加密钥长度。5.A,B,C,D解析：QKD面临量子态衰减、噪声、存储能力、复杂度等挑战。6.A,B,C,D解析：抗量子签名需基于哈希、抗分解、可验证，且抗量子破解。7.A,B,C解析：量子计算优势在分子模拟、材料设计、AI优化等领域。8.A,C,D解析：QKD安全基于量子力学原理、不可克隆定理、贝尔不等式。9.A,B,C,D解析：抗量子算法需证明、高效、防侧信道、兼容。10.A,B,C,D解析：量子计算推动破解现有算法，发展抗量子算法，改变密钥管理，增加加密开销。三、简答题答案与解析1.Shor算法破解RSA解析Shor算法通过量子傅里叶变换并行计算φ(n)，快速分解n，从而破解RSA。量子计算机可高效计算大数分解，使RSA不再安全。2.BB84与E91协议异同BB84基于偏振态编码，E91基于连续变量量子态测量。BB84需经典反馈，E91无需反馈；E91抗侧信道攻击更强。3.量子不可克隆定理解析定理指出无法复制任意未知量子态，QKD利用此原理：窃听会干扰量子态，使密钥失效。4.量子抗性密码算法设计思路基于格密码、哈希签名、编码理论，设计算法满足量子抗性证明，如SPHINCS+基于哈希。5.QKD典型攻击类型窃听攻击（侧信道、测量攻击）、量子存储攻击、重放攻击等。6.量子计算对密码学影响趋势推动抗量子算法研究，如格密码、编码密码；改变密钥管理方式，需量子安全加密过渡。四、论述题答案与解析1.QKD应用挑战及解决方案挑战：传输距离限制