量子保密通信协议新进展 - “十三五”科学技术专著丛书 - 中国高校教材图书网
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书名： |
量子保密通信协议新进展
“十三五”科学技术专著丛书
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| ISBN： | 978-7-5635-5107-1 |
条码： | |
| 作者： |
秦素娟
相关图书
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装订： | 0 |
| 印次： | 1-1 |
开本： | 16开 |
| 定价： |
￥58.00
折扣价：￥38.86
折扣：0.67
节省了19.14元
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字数： |
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| 出版社： |
北京邮电大学出版社 |
页数： |
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| 发行编号： | |
每包册数： |
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| 出版日期： |
2017-08-01 |
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| 内容简介： |
本书以作者及其课题组多年的研究成果为主体，结合国内外学者在量子保密通信领域的代表性成果，对这一领域的几个主要研究内容作了系统论述，并提出一些与目前研究紧密相关的新研究课题。
全书共分8章，第1章介绍量子保密通信研究所需要的量子力学基础知识；第2章研究量子密钥分发；第3章研究量子秘密共享；第4章研究量子安全多方计算；第5章研究量子保密查询；第6章研究量子签名；第7章研究量子匿名通信；第8章研究可验证的量子随机数扩展。
本书自成体系，内容由浅入深，参考文献丰富，方便读者自学。它既可作为对量子保密通信感兴趣的读者的入门教材，帮助他们尽快熟悉量子密码领域并了解国际前沿进展，也可作为量子保密通信领域研究工作者的参考用书，适用于物理学、密码学、数学等学科的科研人员、教师、研究生和高年级本科生。
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| 作者简介： |
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秦素娟，博士，副教授。作者及课题组从事量子密码和量子信息方面的研究已达10余年，指导博士、硕士进行量子密码前沿问题的研究，在量子密码协议的设计和分析方面取得了丰富的成果。
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| 章节目录： |
目 录
第1章 量子力学基础知识1
1.1 基本概念1
1.1.1 状态空间和量子态1
1.1.2 完备正交基2
1.1.3 量子比特3
1.1.4 算子4
1.1.5 测量6
1.1.6 表象及表象变换7
1.1.7 密度算子9
1.1.8 Schmidt分解和纠缠态11
1.1.9 纠缠交换12
1.1.10 密集编码12
1.2 基本原理13
1.2.1 测不准原理13
1.2.2 量子不可克隆定理13
1.2.3 非正交量子态不可区分定理14
本章参考文献14
第2章 量子密钥分发16
2.1 能够抵抗集体噪声的安全BB84改进方案17
2.1.1 截获重发攻击下的DFBB84协议18
2.1.2 改进方案19
2.1.3 结束语26
2.2 高效的反事实量子密钥分发方案26
2.2.1 反事实QKD协议原理26
2.2.2 改进的高效的反事实QKD协议28
2.2.3 结束语31
2.3 单光子联合检测的多方量子密码协议31
2.3.1 三方QKD协议32
2.3.2 超密编码攻击方案33
2.3.3 三方QKD协议改进37
2.3.4 单光子联合检测多方量子密码协议模型39
2.3.5 结束语42
2.4 联合检测的抗集体噪声的多用户量子密钥分发协议42
2.4.1 构造MQCPCD中酉正操作的方法42
2.4.2 星形网络结构的基于单粒子和联合测量的MQKD协议45
2.4.3 安全性分析50
2.4.4 结束语52
2.5 利用选择测量基编码的量子密钥分发协议52
2.5.1 KMR13协议回顾52
2.5.2 基于KMR13的QKD协议53
2.5.3 安全性证明54
2.5.4 结束语60
2.6 诱骗态量子密钥分发的有限密钥分析60
2.6.1 量子密钥分发模型60
2.6.2 偏差估计62
2.6.3 安全密钥界63
2.6.4 实验实现65
2.7 测量设备无关的量子密钥分发协议的安全性分析67
2.7.1 MDI QKD协议过程67
2.7.2 有限密钥安全性分析68
2.7.3 模拟结果72
2.7.4 结束语75
本章参考文献75
第3章 量子秘密共享82
3.1 基于集体窃听检测的多方量子秘密共享协议83
3.1.1 三方QSS协议83
3.1.2 安全性分析84
3.1.3 多方QSS协议92
3.1.4 结束语93
3.2 动态量子秘密共享93
3.2.1 拟星形Cluster态93
3.2.2 经典信息的动态共享94
3.2.3 量子信息的动态共享99
3.2.4 结束语102
3.3 利用局域操作和经典通信的量子秘密共享102
3.3.1 在高维系统中量子态的局域区分性103
3.3.2 LOCCQSS协议105
3.3.3 结束语110
3.4 对KKI量子秘密共享协议的安全性分析110
3.4.1 KKI协议简介111
3.4.2 安全性分析112
3.4.3 结束语116
3.5 一类利用单光子的量子秘密共享协议的安全性116
3.5.1 一般模型117
3.5.2 安全性条件117
3.5.3 安全协议的构造方法119
3.5.4 结束语121
本章参考文献121
第4章 量子安全多方计算124
4.1 量子百万富翁协议124
4.1.1 协议描述125
4.1.2 安全性分析128
4.1.3 与现有方案的比较129
4.1.4 结束语130
4.2 抗集体噪声的联合测量保密比较协议131
4.2.1 利用单光子和联合测量的QPC协议131
4.2.2 与现有方案的比较133
4.2.3 能够抵抗集体噪声的鲁棒QPC协议133
4.2.4 安全性分析136
4.2.5 结束语138
4.3 量子匿名排序139
4.3.1 安全单方单数据排序139
4.3.2 半诚实模型下的量子匿名多方多数据排序协议140
4.3.3 基于量子密钥共享的量子匿名多方多数据排序协议142
4.3.4 基于量子密钥分发的量子匿名多方多数据排序协议145
4.3.5 协议的安全性分析146
4.3.6 结束语153
4.4 注记154
本章参考文献154
第5章 量子保密查询157
5.1 基于量子密钥分配的灵活的量子保密查询方案158
5.1.1 协议描述158
5.1.2 安全性分析161
5.1.3 结束语164
5.2 基于不均衡态BB84QKD的实用量子保密块查询方案164
5.2.1 不均衡态BB84量子密钥分发技术165
5.2.2 量子保密块查询协议167
5.2.3 安全性分析168
5.2.4 结束语172
5.3 基于单光子多脉冲态的量子保密查询方案172
5.3.1 利用单光子多脉冲的信息编码方式172
5.3.2 协议描述173
5.3.3 安全性分析175
5.3.4 结束语177
5.4 具有抗联合测量攻击性能的实用量子保密查询方案177
5.4.1 协议描述178
5.4.2 安全性分析178
5.4.3 结束语183
5.5 量子保密查询中不经意密钥的后处理183
5.5.1 稀释方法184
5.5.2 改进稀释方法的安全性分析185
5.5.3 纠错方法191
5.5.4 结束语196
5.6 注记197
本章参考文献197
第6章 量子签名201
6.1 仲裁量子签名基础知识和典型方案202
6.1.1 未知量子态相等性比较技术202
6.1.2 量子加密算法203
6.1.3 典型仲裁量子签名方案介绍205
6.1.4 小结208
6.2 仲裁量子签名的安全性分析209
6.2.1 用Bell态的AQS方案的分析209
6.2.2 不用纠缠态的AQS方案的分析211
6.2.3 讨论212
6.2.4 小结212
6.3 仲裁量子签名安全性再分析213
6.3.1 Choi加密算法的脆弱性分析213
6.3.2 一般性加密算法的脆弱性分析215
6.3.3 小结219
6.4 提高仲裁量子签名安全性的策略219
6.4.1 特定条件下的Choi加密算法改进219
6.4.2 一般情况下的改进加密算法设计223
6.4.3 小结226
6.5 仲裁量子群签名方案的安全性分析226
6.5.1 针对Wen的Bell态仲裁量子群签名方案分析226
6.5.2 针对Xu的非纠缠态仲裁量子群签名方案分析229
6.5.3 讨论231
6.5.4 小结232
6.6 基于对称密钥的量子公钥密码232
6.6.1 对GMN方案的安全性分析233
6.6.2 基于量子加密的QPKC234
6.6.3 安全性分析236
6.6.4 讨论与结论237
6.7 本章总结238
本章参考文献239
第7章 量子匿名通信242
7.1 预备知识242
7.2 匿名接收者的量子传输244
7.2.1 协议描述244
7.2.2 协议分析245
7.2.3 结束语247
7.3 完全匿名的量子传输247
7.3.1 协议描述248
7.3.2 协议分析250
7.3.3 结束语252
7.4 基于量子一次一密的匿名量子通信252
7.4.1 协议描述252
7.4.2 协议分析253
7.4.3 结束语255
7.5 自统计量子匿名投票256
7.5.1 量子资源256
7.5.2 协议描述257
7.5.3 协议分析259
7.5.4 协议扩展263
7.5.5 结束语264
本章参考文献264
第8章 可验证的量子随机数扩展协议267
8.1 设备无关的量子随机数扩展267
8.2 放松假设条件对半设备无关随机数扩展协议的影响269
8.2.1 半设备无关模型描述269
8.2.2 模拟量子相关性271
8.2.3 结束语275
8.3 半设备无关随机数扩展协议的安全性276
8.3.1 在理想的条件下的解析关系276
8.3.2 实际条件下的解析关系277
8.3.3 刻画非经典相关的程度278
8.3.4 结束语282
8.4 提高半设备无关随机数扩展协议中可验证的随机性282
8.4.1 利用全部观测值量化随机性284
8.4.2 结束语289
8.5 半设备无关部分自由随机源的随机性增强方案289
8.5.1 模型简介289
8.5.2 可行域和随机性认证290
8.5.3 解析函数294
8.5.4 结束语298
8.6 基于3→1QRAC的半设备无关部分自由随机源随机性扩展协议298
8.6.1 可行域299
8.6.2 随机性认证和解析函数301
8.6.3 结束语303
8.7 测量相关对广义CHSHBell测试在单轮和多轮情况的影响303
8.7.1 单轮场景304
8.7.2 多轮场景309
8.7.3 结束语315
本章参考文献315
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| 精彩片段： |
随着信息与网络技术的快速发展和普及，人类处理和交换信息的能力及方式都发生了巨大的变化。信息网络使得身处世界各地的人们联系得更加紧密，并且在社会、文化、经济和军事等领域中发挥着越来越重要的作用。然而，任何事物都具有两面性，信息时代在给人类社会带来巨大进步的同时，也带来了许多严峻的挑战。在信息社会中，每时每刻都有大量的数据和信息在网络中进行传输。随着云计算、大数据、物联网等新技术的发展和应用，未来人们生活中的绝大部分信息都将通过网络进行传输和存储。这些信息小到个人隐私，大到国家决策，大都是和国计民生息息相关的，足见保护信息安全已经成为信息时代的一个必须解决的关键问题。
密码技术是保障信息安全的核心手段，它的发展由来已久。从最初的移位密码、置换密码到如今的公钥密码体制，密码学已经由一种技术逐步发展成了一门科学。我们目前使用的大部分经典密码学协议是基于数学难解问题的，例如大整数分解问题、离散对数问题等。在现有计算能力下，上述难题都难以在短时间内获得结果，所以基于这些难题的经典密码协议也无法再有效时间内被破解。换句话说，在现有的运算速度下，大部分经典密码协议都是计算安全的。然而，随着计算机运算能力的飞速提高（特别是量子计算机的研制）以及各种先进算法（尤其是量子算法）的提出，基于计算复杂性假设的经典密码系统的安全性受到了严峻挑战。为了应对量子计算机及量子算法带给经典密码体制的威胁，人们开始研究能够对抗量子攻击的新型密码算法，量子密码就是在这种背景下应运而生的。
量子密码是经典密码理论和量子力学基本原理相结合而产生的新型密码体制。不同于经典数字信号的正交编码方式，量子信息往往是非正交的且多样化的。这种特殊的编码方式正以量子态作为信息载体，依据物理规律而设计，其安全性由Heisenberg测不准原理，非正交量子态不可可靠区分定理以及量子不可克隆定理等量子力学特性所保证，与攻击者计算能力的大小无关。根据量子力学性质，窃听者（或非法参与者）对量子密码系统的任何有效窃听行为都将不可避免地给相应的量子信息载体（量子态）带来扰动，从而会在窃听检测中被合法参与者察觉，这正是量子密码独特的特点。目前量子保密通信理论已成为国内外研究热点，相关的理论和实验研究都获得了快速发展，本书着重从理论角度系统介绍量子保密通信在各个方面的研究进展。
本书是在课题组于2009年出版的《量子保密通信协议的设计与分析》基础上写作而成，是作者及课题组对量子保密通信理论近几年理论研究工作最新成果的详细归纳和整理，其内容包括了在量子密钥分配、量子保密查询、量子签名、量子随机数等相关方向取得了一系列成果。希望这些有助于本领域的研究者尽快对量子保密通信研究有一个全面的了解，进而走在国际前沿。
全书共分8章，第1章介绍量子保密通信研究所需要的量子力学基础知识；第2章研究量子密钥分发；第3章研究量子秘密共享；第4章研究量子安全多方计算；第5章研究量子保密查询；第6章研究量子签名；第7章研究量子匿名通信；第8章研究可验证的量子随机数扩展。
本书的完成离不开课题组全体成员的帮助和支持。课题组的林崧博士、王天银博士、孙莹博士、贾恒越博士、宋婷婷博士、黄伟博士、刘斌博士、张可佳博士、王庆乐博士、王玉坤博士、周玉倩博士等的研究工作为本书提供了丰富的资料，在此表示深深的感谢。全书的编写工作还得到了实验室的曹雅博士、李新慧博士、潘世杰博士、万林春博士、宋燕琪硕士、李润泽硕士等的协助，在此一并对他们表示衷心的感谢。
本书的出版得到了国家自然科学基金项目（编号：61671082）和网络与交换技术国家重点实验室课题的资助，也得到了很多学者的鼓励和帮助，在此深表谢意。
希望本书能为广大读者带来帮助。鉴于编者水平有限，对书中的疏漏与错误，敬请读者批评指正。
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