基于量子中繼信道的量子安全通信機(jī)制研究

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1、中圖分類號TN918UDC39博士學(xué)位論文學(xué)校代碼!Q互墨圣密級坌玨基于量子中繼信道的量子安全通信機(jī)制研究ResearchonQuantumSecureCommunicationMechanisminQuantumRelayChannel作者姓名：學(xué)科專業(yè)：爵究方向：學(xué)院(系、所)：指導(dǎo)教師：石金晶計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)網(wǎng)絡(luò)與信息安全信息科學(xué)與工程學(xué)院施榮華教授論文答辯日期到答辯委員會主席j全蛆中南大學(xué)2013年5月原創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了論文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表

2、或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得中南大學(xué)或其他單位的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我共同工作的同志對本研究所作的貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明。作者簽名：盈堡盞日期：盈L年』月卓日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本人了解中南大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留學(xué)位論文并根據(jù)國家或湖南省有關(guān)部門規(guī)定送交學(xué)位論文，允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)校可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用復(fù)印、縮印或其它手段保存學(xué)位論文。同時授權(quán)中國科學(xué)技術(shù)信息研究所將本學(xué)位論文收錄到《中國學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫》，并通過網(wǎng)絡(luò)向社會公眾提供信息服務(wù)。?名：駐聊鎦皿一早日基于量子中繼信道的量子

3、安全通信機(jī)制研究摘要：當(dāng)今計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展，全球信息化已成為社會發(fā)展的必然趨勢，由于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所具有的多樣性、開放性、互連性等特征，使網(wǎng)絡(luò)信息安全成為網(wǎng)絡(luò)通信中的重要問題。由于量子通信可以完全避免具有無限計算能力的系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)通信安全的威脅的攻擊，而使其成為保障網(wǎng)絡(luò)信息安全的一種有效手段，并逐漸成為信息安全領(lǐng)域的研究熱點。本文主要從確保網(wǎng)絡(luò)信息安全、提高通信效率的角度，以量子信息和通信理論為基礎(chǔ)，研究基于量子中繼信道的量子安全通信機(jī)制，主要研究內(nèi)容如下：1．量子中繼安全通信領(lǐng)域：(1)將中繼協(xié)作通信模型引入量子安全通信領(lǐng)域，提出了基于空時編碼技術(shù)的量子中繼協(xié)作通信

4、方案及其擴(kuò)展方案，闡明了該方案在實現(xiàn)空時復(fù)用及通信安全方面的應(yīng)用方法；(2)提出了噪聲信道中量子中繼通信系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化方案，探討了噪聲對量子中繼通信的影響，闡明了量子中繼能在不降低過多信噪比的前提下提高通信距離，并分別探討了基于非最大糾纏中繼信道的量子態(tài)分配、隱形傳態(tài)和基于超糾纏中繼信道的隱形傳態(tài)的實現(xiàn)方法。2．量子網(wǎng)絡(luò)安全通信領(lǐng)域：(1)針對量子網(wǎng)絡(luò)多用戶、分布式、資源安全共享等特點，探討多方量子安全通信機(jī)理，提出了基于量子隱形傳態(tài)的MIMO通信方案，證明了該方案中無論是相位阻尼噪聲還是特殊噪聲，對通信性能的影響都是有限的，并給出了非最大糾纏量子信道中的雙用戶隱形傳

5、態(tài)實例，為后續(xù)量子網(wǎng)絡(luò)中多用戶通信系統(tǒng)的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)；(2)提出了基于量子中繼信道的網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計與優(yōu)化方案，證明了該方案在抵御極端攻擊時所具備的較高安全性，所提出的方案在通信效率方面與現(xiàn)有量子通信方案相比，在理論上效率最高可以提高到原來的4倍。3．量子中繼通信系統(tǒng)信道容量領(lǐng)域：(1)給出了量子中繼信道結(jié)構(gòu)特性，并將其分為量子單中繼、串聯(lián)和并聯(lián)量子多中繼模型，運用量子相干信息理論，分析了這幾種常見的量子中繼信道容量；(2)運用量子信息理論中的量子數(shù)據(jù)處理不等式和量子Fano不等式等，推導(dǎo)出對尋找量子中繼信道容量下界有著引導(dǎo)作用的“改進(jìn)量子Fano不等式”，并針對不同

6、情況給出了多類量子中繼信道容量的下界。這些研究給出了量子中繼數(shù)量及不同結(jié)構(gòu)模型與信道容量之間的對應(yīng)關(guān)系，為進(jìn)一步對量子中繼通信方案的信道容量和能效分析提供了科學(xué)的方法和手段。4．基于量子密碼系統(tǒng)的量子簽名領(lǐng)域：(1)從利用量子簽名算法保證量子中繼通信中的信息不被篡改的角度出發(fā)，基于量子傅里葉變換的簽名算法提出了基于糾纏態(tài)消息的多方量子群簽名方案，對糾纏態(tài)消息的多個粒子并行處理得到簽名的過程通過量子線路來完成，并通過對該量子簽名算法的改進(jìn)，提出了基于不規(guī)則量子傅里葉變換的(t，n)門限的多方量子群簽名方案；(2)提出了基于多數(shù)據(jù)的批量代理量子盲簽名方案，可實現(xiàn)對大量消息

7、的高效簽名。該博士學(xué)位論文中包含圖42幅，表15個，以及參考文獻(xiàn)143篇。關(guān)鍵詞：量子安全通信；量子中繼；量子密碼；量子網(wǎng)絡(luò)；量子信道分類號：TN918IVResearchonQuantumSecureCommunicationMechanisminQuantumRelayChannelAbstract：、斬ththedevelopmentofthemoderncomputernetwork．informationglobalizationhasbecomethetrendofhumandevelopment．Protectingthenetwork