量子密码(09-11-15).ppt

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温巧燕，曾贵华，高飞密码学科发展报告密码学科发展报告量量子子密密码码发发展展专题报告专题报告提纲引言国际量子密码发展态势我国量子密码发展现状量子密码发展趋势和展望q量子密码的起源q量子密码的基本特征量子密码的起源q1969年哥伦比亚大学的Wiesner首先提出利用量子效应保护信息。

但很遗憾，当时这一观点没能被人们接受。

q1984年Bennett和Brassard提出第一个量子密钥分配（QKD）协议BB84，标志着量子密码的开始。

q此后逐渐受到人们的关注，研究内容也变得丰富多彩。

方案设计：

量子密钥分配、量子秘密共享、量子安全直接通信、量子认证、量子抛币、量子比特承诺、连续变量量子密码方案分析：

对方案的攻击、对实际系统的攻击、安全性证明实验实现：

单光子/纠缠态、离散变量/连续变量、光纤/自由空间量子密码的基本特征q理论上的无条件安全性：

不同于经典密码，量子密码的安全性基于物理原理量子不可克隆定理：

未知量子态不能复制海森堡测不准原理：

非正交态不可准确区分q窃听的可检测性：

高安全性的主要表现形式在一个设计完美的量子密码方案中，任何（有效的）攻击将不可避免地干扰量子态，进而被检测到量子密钥分配（QKD）中，若发现窃听，则丢弃传输的密钥，然后重新分配新的密钥，以此达到高安全性提纲引言国际量子密码发展态势我国量子密码发展现状量子密码发展趋势和展望q量子密码方案设计q量子密码方案分析q量子密码实验进展量子密码方案设计量子密钥分配（QKD）q功能：

在两用户间协商密钥，再结合一次一密，构成理论上无条件安全的密码系统q出现：

1984年，Bennett和Brassardq发展：

成果丰富非正交态协议：

BB84（Bennett,Brassard,1984）正交态协议：

GV95（Goldenberg,Vaidman,1995）差分相移协议：

IWY02（Inoue,Waks,Yamamoto,2002）纠缠态协议：

E91（Ekert,1991）连续变量协议：

相干态R00（Ralph,2000）,压缩态CLA01（Cerf,Levy,Assche,2001）量子密码方案设计量子密钥分配（QKD）q研究重点：

进一步提高协议的传输效率和传输距离提高可容忍的错误率门限降低信道噪声及设备不完美性带来的影响当前技术条件下，QKD系统的实际安全性分析量子密码方案设计量子安全直接通信（QSDC）q功能：

在用户间直接传输秘密消息（而不是密钥）q出现：

2002,Bostrom和Felbingerq发展：

成果丰富纠缠态协议：

BF02（Bostrom,Felbinger,2002）DLL03（Deng,Long,Liu,2003）单粒子协议：

DL04（Deng,Long,2004）LM05（Lucamarini,Mancini,2005）双向QSDC协议：

N04（Nguyen,2004）信息泄露问题：

GGWZ08（Gao,Guo,Wen,Zhu,2008）受控QSDC协议：

WZT06（Wang,Zhang,Tang,2006）量子安全直接通信（QSDC）q不足之处：

研究表明，QSDC的安全性存在诸多问题q研究重点：

如何实现QSDC的无条件安全性？

与QKD相比，具体实现上的可行性？

量子密码方案设计量子秘密共享（QSS）q功能：

用量子方法实现秘密共享q出现：

1998年，Hillery,Berthiaume,Buzekq发展：

成果丰富共享经典信息：

HBB98（Hillery,Berthiaume,Buzek,1998）KKI99（Karlsson,Koashi,Imoto,1999）共享量子信息：

CGL99（Cleve,Gottesman,Lo,1999）q研究重点：

参与者增加或者减少后方案的适用性问题QSS安全性分析和证明QSS实验实现量子密码方案设计量子认证q功能：

用量子方法实现身份或消息的认证q出现：

1996年，Biham,Huttner,Mor，身份认证q发展：

多种方案两方身份认证：

BHM96（Biham,Huttner,Mor,1996）基于可信中心的身份认证：

ZZ00（Zeng,Zhang,2000）量子消息认证：

YHF05（Yang,Hu,Feng,2005）量子签名：

ZK02（Zeng,Keitel,2002）ZLGH07（Zeng,Lee,Guo,He,2007）q研究重点：

量子信息的认证问题量子签名的灵活性与实用性问题量子密码方案设计量子密码算法q功能：

避开QKD+OTP，直接用量子方法进行加解密q出现：

2002年，Leungq发展：

有初步成果量子Vernam算法：

L02（Leung,2002）BR03（Boykin,Roychowdhury,2003）量子分组密码：

ZZN06（Zhou,Zeng,Nie,etal,2006）量子公钥密码：

OTU00,Y03（基于特殊数学难题，密钥仍为经典比特）q研究重点：

安全量子分组密码算法是否存在？

如何用量子态实现公钥密码？

q量子掷币q量子比特承诺q量子不经意传输q量子匿名投票量子密码方案设计其它量子密码协议q量子指纹q量子拜占庭协议q量子签章q量子广播由于量子密码中尚无真正的公钥密码体制，很多量子协议相对于经典协议来说略显生硬，还有诸多问题有待进一步探索和研究。

量子密码方案分析量子密码分析的重要意义q密码学中，设计和分析相互促进，共同推动着学科的发展。

q量子密码中，密码分析工作同样不可或缺。

研究表明，很多经过精心设计的量子密码协议已经被某些设计时没有考虑到的特殊攻击方法所攻破。

q重设计而轻分析的研究现状正在逐渐改变。

量子密码分析方法的分类q经典攻击方法（比如窃听经典信息、中间人攻击等）q量子攻击方法非相干攻击（又称为个体攻击）相干攻击（包括集体攻击、联合攻击）量子密码方案分析典型量子攻击方法q截获-测量-重发攻击：

GGWZ08q假信号攻击：

QGWZ06，GWZ08q纠缠附加粒子攻击：

GGWZ05，QGWZ07q拒绝服务攻击：

C03q相关可提取性攻击：

GWZ07qPNS攻击：

BL00q特洛伊木马攻击：

GFKZR06对协议的攻击对实际系统的攻击量子密码实验进展第一个QKD实验q1989年，IBM公司和Montreal大学，30公分，自由空间光纤信道实验进展q1995年，瑞士日内瓦大学，23公里q2004年，世界上第一个量子密码通信网络在美国马萨诸塞州剑桥城正式投入运行q2004年，东芝公司欧洲研究中心，122公里q2006年，中国和美国分别完成，超过100公里的诱骗态QKDq2008-2009年，最远可传输250公里；在10-20公里的传输距离安全密钥传输速率可达到1Mb/s以上自由空间信道实验进展q2002年，德国慕尼黑大学和英国军方研究机构合作，23.4公里。

q2006年，两个联合研究小组（欧美）分别完成了单粒子和纠缠态QKD实验，144公里。

这种远距离自由空间QKD实验的成功，意味着人们可以通过卫星和不同地面站点间的QKD实现地球上任意距离的两点间的密钥分配，进而使真正意义上的全球量子密钥分配成为可能。

提纲引言国际量子密码发展态势我国量子密码发展现状量子密码发展趋势和展望q理论进展q实验进展理论进展随着量子密码研究的深入开展，国内从事相关领域的研究组逐渐增多q郭光灿研究组：

QKD和QSS协议、量子避错码、概率克隆q彭堃墀研究组：

连续变量QKDq龙桂鲁研究组：

量子密码协议，特别是QSDC协议q冯克勤研究组：

量子编码q王向斌研究组：

诱骗态量子密码q曾和平研究组：

差分相移QKD、单光子检测器q曾贵华研究组：

签名、身份认证、密码算法、连续变量协议q温巧燕研究组：

量子密码协议分析q。

实验进展1995年，中科院物理所，首次QKD实验2000年，中科院物理所与研究生院合作，光纤信道，1.1公里2003年，华东师范大学，基于时分Sagnac干涉仪，50公里山西大学，连续变量QKD，13公里2004年，上海交通大学，量子身份认证系统郭光灿小组，光纤信道，125公里（北京-天津）2005年，潘建伟小组，4光子纠缠态的QSS2006年，中科院武汉物理与数学研究所，自由空间QKD潘建伟小组，100公里诱骗态QKD2007年，郭光灿小组，四用户量子密码通信网络（北京）2008年，潘建伟小组，世界首个光量子电话网（合肥）2009年，郭光灿小组，世界首个量子政务网（芜湖）上海交通大学，量子保密通信与经典光通信的兼容系统提纲引言国际量子密码发展态势我国量子密码发展现状量子密码发展趋势和展望量子密码发展趋势和展望实用化过程中仍需解决的两个重要问题q克服量子密码在具体实现时所遇到的一系列技术难题q量子密码协议及实际系统的安全性评估未来研究方向q中低速稳定量子保密通信系统的商用和产业化q提高量子密码传输距离的有效方法（量子中继器、地面与卫星之间的QKD）q量子保密通信网络的构建及其与现有光网络的融合q在噪声信道中，量子密钥分配协议密钥容量的计算q量子密码协议及实际量子密码系统的安全性分析谢谢!

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