最新量子密码学专题研究报告课件PPT.ppt

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1、量子密码学专题研究报告量子计算机的诞生电子计算机的计算能力存在瓶颈芯片所能集成的电子元件数量有限摩尔定律量子效应芯片集成密度达到纳米级，出现量子效应量子计算机的出现对密码学的影响Questions不可计算问题可计算问题量子计算机（超级计算）密码学如何在所有问题基本上都是可计算的情况下，构建一个新的密码体制？(计算能力)量子计算机现在不可计算的问题难道永远不可计算了吗？n个量子位元，可以产生2^n个所有可能组合（n位二进制数）。量子计算机的处理器有n个量子位元，那么同一时间执行一次运算，就可以同时对所有2^n个不同状态作运

2、算。而传统的电子计算机一次只能处理一个状态。例，按理论估算，一个有5000个量子位元的量子计算机，用30s就可以解决因式分解问题，而传统的计算值需要100亿年（地球的岁数是46亿年，太阳还有50亿年，产生智能只要46亿年！）。(量子算法)量子计算机量子傅里叶变换(QuantumFourierTransfer，QFT)。传统的FFT的计算量是O(Nlog2N)，而QFT只要O(log2N)。Shor巧妙地把QFT与数论知识结合起来，提出了因式分解，解离散对数两个问题的多项式时间算法。1996年，IBM，LovGrover提

3、出了Grover’sAlgorithm。在N（=2^n）个物品中，取出其中一个的计算量是O(N^1/2)（原来是O(N)）量子计算机(实现的困境)量子计算基本上必须用到量子的相干性，没有相干性，就没有高速的计算能力。但在现实中，我们很难保持量子的相干性。消想干（量子相干性的衰减），主要来自于外界环境与系统间的相互影响，且量子位元也不会是一个独立的系统，受到外部环境的影响。量子密码学量子密码：应该叫做量子加密，它是使用量子的选择来阻止信息被截取的方式。量子密码已经允许成为可选择的密码技术。现在的应用以密钥分配为主。真正的随

4、机性量子纠缠态的非局域关联测不准原理（量子不可克隆原理）量子隐形传态原理量子密码学(量子纠缠态的非局域关联)一个特殊晶体将一个光子割裂或者一对纠缠的光子，这对纠缠的光子即使相距很远耶相互联结。设A、B两个自旋为1/2的粒子组成的相关体系处于自旋单态，即总自旋为0，这对粒子称为EPR对，并且他们朝相反方向自由运动。若单独测A，则可能向上，也可能向下，概率1/2。若已经测得B的自旋为向上，那么粒子A的自旋方向不管测还是不测，都是向下的。在测量的时候发生了量子态的坍缩。自旋态的构造和坍缩都是非定域的，这就是处于纠缠态的粒子的非

5、局域关联性。（在统计上已经被证实二粒子态所呈现的非局域关联性）。量子密码学(应用)量子密码协议：Bennett（贝内特）和Brassard（布拉萨德）于1984年最早提出了量子密码协议，现在被统称为BB84协议。该密码术与经典密码最大区别是它能抵挡任何破译技术和计算工具的攻击，原因在于它的安全性是由物理定律来保证而不是靠某种高复杂的运算。假定Alice和Bob约定用线偏振量和圆偏振量的4个偏振态来实现量子密钥分配，用<表示右旋圆偏振量；>表示左旋员偏振量；-表示水平线偏振量；

6、表示垂直线偏振量。采用线偏振基（+）和圆偏振

7、基（O）来测量光子的偏振态。规则如下：采用量子的偏振量来作为量子位元（现在的研究主要利用相位！）Alices随机地发给Bob一组光子。Bob随机的选择+、O接收光子，并测量光子的偏振态。（1/2选对，也就是1/2测　对。）Bob得到光子的实际偏振方向，只有Bob知道！Bob告诉Alice自己选择的测量基，即上表（2）的偏振基序列。结果不告诉Alice。Alice告诉Bob那些测量基是正确的，并保留下来，其余的去掉。若超过m/10不正确，实验失败。Aice和Bob仅保留了相同基时的态，即表中（4）。双方随机地公开其中的一部

8、分态，若存在不一致，就说明有窃听！若一致，剩下的态转换二进制数序列。如<

9、表示1，>-表示0。这样就得到了量子密钥。安全性讨论：若存在第三方对光子的测量，那么根据测不准原理，必然会导致光子极化态的改变，并影响Bob的测量结果。这样在（5）的比对过程中，就会出现不一致，哪怕是一个相同，都说明信道被窃听。上述密钥分配的缺陷：光的偏振特性在长距离的光纤传输中会逐渐退化，造成的误码率增加。现在解决的办法是基于量子纠缠和EPR效应的。目前最主流的实验方案是用光子的相位特性进行编码。研究上进展最快的是英国、瑞士和美国。主要成果２00

10、５年，中科院郭光灿院士领导的课题小组，150km的室内量子密钥分配，利用网通的实际通信光缆。从河北香河到天津。长期误差率低于6%。这是国际上公开的最长距离的实用光纤量子密码系统。2002年，德国慕尼黑大学与英军合作，用激光实现了23.4km的量子密钥分配。（空气中）2003年，日本三菱电机公司也宣布，该公司用防盗量子