量子密码研究进展与我国量子密码产业化分析

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1、专题报道第3卷第9期2007年9月量子密码研究进展＊与我国量子密码产业化分析曾贵华关键词：量子密码产业化上海交通大学量子密码的基本思想什么是量子密码经过30多年的研究，量子密码学已经发展成为密码学的一个重要分支，其所构建的理量子密码是一种以现代密码学和量子力学论体系内容丰富，主要包括量子密码基础（物为基础、利用量子物理学方法实现密码思想和理、信息和数学等）、量子密钥分配、量子密操作的新型密码体制。与当前普遍使用的以数码算法、量子认证、量子秘密共享、量子安全学为基础的密码体制（以下简称为数学密码）协议、量子密码分析和量子密码技术与应用等相比，量子密码通过量子信号

2、实现，其基础是[1]方面（详见《量子密码学》）。量子物理；而数学密码通过经典信号实现，其现代密码学的一个核心问题是如何保证基础是某些难解的数学问题（如大整数因式分所设计的密码方案的安全性。数学密码依赖于解、离散对数问题等）的难解性。这里，量子数学难题来保证其安全性，与实现过程中所使信号是指量子效应明显的信号，如单光子信用的具体信息载体（如电磁波、电信号、光信号、压缩光信号、电子自旋产生的信号等；而号等）无关。与之不同，在量子密码学中，量经典信号是指通过经典物理可以描述的信号，子密码方案的安全性不再依赖数学难题，而是如电磁信号、电信号、普通的光信号等。直接利用信

3、息载体的某个物理属性，依赖于信随着量子通信以及量子计算技术的逐渐息载体的具体形式。目前，量子密码中用于承丰富与成熟，量子密码蕴涵的良好社会效应和载信息的载体主要有单光子（或微弱激光脉应用前景正在显现出来。针对某个具体目标设冲）、压缩态量子光信号、相干态量子光信号计的量子密码方案，具有可证明安全性（甚至和量子光孤子信号，这些信息载体可通过多个无条件安全性）和对扰动的可检测性这样两大不同的物理量描述，这些物理量包括能量、相主要优势，另外还具有防电磁干扰、抵抗具有位、振幅、偏振和相干性等等。显然，在量子超强计算能力的计算系统攻击的能力。专家预1光通信中与经典光通信（

4、如WDM光纤通信）测，在未来信息保护技术领域中，量子密码将系统仅以光信号的能量有无来实现信息编码方发挥重要作用，并潜藏着巨大的应用和市场前式不同。在量子密码中，一般利用具有共轭特景。＊国家自然科学基金（60472018）和国家教育部博士点基金资助课题。1Wave-lengthDivisionMultiplexing，波分复用56第3卷第9期2007年9月性的物理量来编码信息。在众所周知的BB84密海森堡（Heisenburg）“测不准性”。已经提钥分配协议中，就是把光子的偏振编码为量子出的量子密码协议与算法的安全性都是基于上[2]比特。面两个或其中一个问题而设

5、计的。求解上述两量子比特体现了量子叠加性，是量子密码个问题的不可能性导致了量子密码方案的无条中的一个基本概念。一般来说，量子比特用希件安全性。通过严格的数学证明，已提出的量2尔伯特（Hilbert）空间的矢量描述。要想精确子密码方案，特别是量子密钥分配方案具有无知道量子系统处于什么状态，需要测量该量子条件安全性。比特。需要指出的是，以不同的测量仪器测量量子密码的安全性依赖于物理难解问题，同一个量子比特，给出的结果是不同的。非正而数学密码的安全性则依赖于数学难解问题。交量子比特是不可区分的，因此，若信道中传本质上，物理难解问题最终都可以通过数学问输的量子比特来自

6、于非正交量子比特信源，则题来描述，因此，除了实现的方式不同外（量信道中的量子比特是不可克隆的。子密码通过量子方式实现，数学密码通过经典通过量子操作（一种物理操作，如旋转、方式实现），量子密码和数学密码的基本思想光的分束等）可实现对量子比特的密码变换，是一致的，都是通过求解问题的困难性来实现这种变换就是希尔伯特空间中矢量的线性变对信息的保护。不过，鉴于量子密码所依赖的换。不过，变换后的量子比特（可认为是密难解问题是建立在量子计算复杂度基础上的，文）必须是非正交的，这样才能保证安全性。有些问题在量子力学框架内甚至是不可解的。一般来说，不同的变换方式或者对不同量子比

7、因此，与目前的数学密码相比，量子密码中难特的操作可设计出不同的密码协议或算法。量解问题的计算复杂度要高得多。子比特的密码变换是容易实现的，关键在于所量子密码的基本特征设计方案的安全性。数学密码利用数学难题设计密码协议和算法，求解数学难题的困难性保量子密码之所以能够被人们接纳，并成为障密码方案的安全性。与此类似，我们可认为受到密码学界、物理学界、商家、媒体和政府量子密码算法和协议是利用求解问题的困难性部门等各方面广为关注的密码学分支和保护信或者不可能性来保障方案的安全性。不过，这息的重要技术手段之一，主要原因在于量子密些问题是物理问题而不是数学问题，因此这些码本

8、身的特征。研究表明，量子密码具有2个问