量子保密术和保密通信

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1、量子保密术和保密通信[1][1][2][1][1]陈志新唐志列廖常俊刘景锋魏正军[1](华南师范大学物理系,广州,510631)[2](华南师范大学信息光电子科技学院,广州,510631)[摘要]基于量子物理原理的量子密码术已被证明是保密通信中密钥安全分配的有效手段本文介绍了量子密码的基本原理,探讨了实现量子密码的几种方案,并研究了各自的密钥分配机制还讨论了量子密码通信的历史发展和指出现存在的问题以及未来的发展前景[关键词]量子密码.测不准原理.EPR关联.量子纠缠.QUANTUMCRYPTOGRAPHYANDSECURIT

2、YCOMMUNICATIONSCHENZhi-XinTANGZhi-LieLiaoChang-Jun(DepartmentofPhysicsSouthChinaNormalUniversityGuangzhou510631)(SchoolforInformationandOptoelectronicScienceandEngineering,SouthChinaNormalUniversityGuangzhou510631)[Abstract]Quantumcryptographybasedonfundmentalphysi

3、calprincipleshasbeenprovedtobeaneffectivetechniqueforsecurekeydistribution.Thefundamentaltheoryofquantumcryptographytogetherwiththeirmainschemesandprotocolshasbeendiscussedinthispaper.Recentyearsquantumcryptographiccommunication’shistoryimprovementsareanalyzed,andt

4、heexistingproblemsanddevelopmentprospectiveinfuturearealsopointedout.[Keywords]quantumcryptographyuncertainyprincipleEPRpairquantumentanglement.1引言量子密码术是量子物理学和密码学相结合的一门新兴科学它成功地解决了传统密码学中单靠数学无法解决的问题并引起国际上高度重视它的思想最早由美国人Wiesne.S.J在[1]1969年提出1984年Bennett.C.H和Brassard.G首

5、先提出第一个量子密码分配协议BB84[2][3]协议1989年IBM公司Thomas.J.Walson研究中心实现了第一次量子密钥传输演示实验[4]1991年牛津大学Ekert.A.k.提出E91协议1992年Bennett.C.H指出只用两个非正交态即[5]可实现量子密码通信并提出B92协议自此量子密码通信三大主流方案已基本形成20世纪90年代以来世界各国的科学家对量子密码通信的研究出现了迅猛发展并取得很大成功,瑞士UniversityofGeneva在原有光纤系统中已建立22.8km量子保密通信线路并投入了[6][7]实

6、用;英国BT实验室已实现在常规光缆线路上量子密码通信传输距离达55km;美国Los[8]Alamos实验室已成功实现48km量子密钥系统运行两年,2000年他们在自由空间中使用[9]QKD系统成功实现传输距离为1.6公里可以说量子通信已进入大规模实验研究阶段[10]现在,量子保密通信的距离已延伸到80km而我国量子通信的研究才刚起步,1995年中科[11]院物理研究所在国内首次用BB84协议做了演示实验华东师范大学用B92方案作了实[12]验2000年中科院物理研究所和中科院研究生院合作完成了国内第一个850nm波长全[13

7、]光纤量子密码通信实验通信距离达1.1km近期山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室在国内外第一次完成了用明亮的EPR关联光束完成了以电磁场为信息载体的连[14]续变量量子密集编码和量子保密通信的实验研究随着量子密码术的不断发展必将给通信领域带来新的突破下面介绍一下经典密码术的局限性和量子密码术的原理方案及近年来用分离变量系统(如用单光子实现)实现量子密码通信的发展状况项目基金是广州市2001-2-095-01项目支持2量子密码术的原理和实现方案目前最常用保障信息安全的通信技术是经典密码术经典密码术密钥的特点是密码一般是

8、事先商定的然后通过一定的信道传送在密钥的传送过程中有可能被窃听且不被觉察这就是保密通信中经常涉及到的Catch22问题原因在于密钥的建立需要利用某种载体的某种物理性质而经典密钥遵守经典物理定律经典物理定律指出对物质运动状[15]态的测量不会影响其性质所以经典密钥被窃听后可能无法觉察到原理如