带双向身份认证的基于单光子和Bell态混合的量子安全直接通信方案

针对量子安全直接通信中身份认证的需要,提出一种带双向身份认证的基于单光子和Bell态混合的量子安全直接通信方案.通信开始前通信双方共享一串秘密信息,先利用单光子来验证接收方的合法性,再利用Bell态粒子验证发送方的合法性,之后将Bell态粒子与单光子混合作为载体发送.每一次发送量子态时都加入窃听检测粒子,而一旦窃听者截获发送粒子,由于得到的是不完整的粒子,窃听者无法恢复原始信息,并且窃听行为会立刻被发现,从而终止通信.本方案中单光子和Bell态充得到分利用,且混合之后的通信能有效提高传输效率和编码容量以及量子比特利用率.安全性分析证明,本方案能抵御常见的外部攻击和内部攻击.     

基于GHZ态的身份认证与密钥分配方案

在量子密钥分配协议中存在这样一个基本假设,即攻击者不能同时获得量子信道和经典信道上的信息;为解决这一假设性难题,对量子的纠缠特性进行了研究,提出一种基于GHZ三重态的身份认证与密钥分配方案,该方案在建立一次量子信道后利用GHZ三粒子的关联性实现通信双方与仲裁第三方三者之间的身份认证,然后利用远程传态实现通信密钥分配以及新认证密钥的分配,确保通信方身份不可伪造与通信信息安全,最后结合常见的攻击方式论证了该方案的安全性。     

一种低经典通信消耗的量子远程态制备方案

设计了一组新的量子远程态制备步骤,在发送方对手中的粒子完成测量后,接收方采用该步骤可以有效降低远程态制备的经典通信消耗-给出一种利用部分纠缠的三粒子Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)态和部分纠缠的二粒子态作信道,远程制备一个三粒子GHZ态的方案,以此方案为例具体说明上述方法的运用步骤并给出了该方法的适用范围-结果表明,运用该方法后只需消耗1bit经典信息即可远程制备一个三粒子GHZ态- 关键词： 远程态制备 经典通信消耗 三粒子Greenberger-Horne-Zeilinger态 量子信道     

基于cluster态的信道容量可控的可控量子安全直接通信方案

提出了一种基于五粒子cluster态的信道容量可控的可控量子安全直接通信方案.通信三方利用五粒子cluster态自身的粒子分布情况,结合诱骗光子,对粒子分别做Z基单粒子测量和Bell基测量,便可完成信道的第一次安全性检测.通信控制方Cindy通过对手中的粒子序列随机选用测量基(Z基或者X基)测量来决定信道容量,并通过经典信道公布结果.发送方Alice将要发送的信息以及校检信息用于对手中的粒子序列进行幺正操作编码,并插入诱骗光子后将编码后的粒子序列发给接收方Bob并通过经典信道告知其诱骗光子的位置信息.Bob接收到粒子序列后,按照经典信道Alice发送的信息,结合Cindy公布的信息,剔除诱骗光子后按照一定的规则对手中的两组粒子序列进行Bell基测量,便可解码完成第二次安全性检测以及得到Alice发送的信息.通过对五粒子cluster态的纠缠结构性质进行分析,阐明了五粒子cluster态在该方案中所表现出的特点的物理缘由.结果表明,只需变化测量基的规则和用于编码的粒子,可以将该方案推广成可控双向量子安全直接通信.     

基于三粒子W态的身份认证

无认证中心的认证协议一般由通信双方相互认证.事先共享纠缠态或身份密钥,结构简单,但不适于扩展成通信网络.通过引入可信第三方认证中心,并利用三粒子W纠缠态的稳健性,提出了一个基于W态的身份认证协议,使得合法通信用户可以在认证中心的协助下进行安全身份认证,身份认证的同时即完成了纠缠粒子的分发.认证完成后,合法通信用户可安全共享EPR纠缠态并在第三方的控制下进行量子直传通信.针对窃听者常用攻击手段进行了安全性分析,结果表明在身份认证过程中可以有效的抵御伪装攻击,截取重发攻击与纠缠攻击等.基于第三方的通信结构具有可扩展性、实用性和受控性.     

噪声情况下的量子网络直接通信

提出和研究了噪声情况下的量子网络直接通信. 通信过程中所有量子节点共享多粒子Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ)量子纠缠态; 发送节点将手中共享的GHZ态的粒子作为控制比特、传输秘密信息的粒子作为目标比特, 应用控制非门(CNOT)操作; 每个接收节点将手中共享GHZ 态的粒子作为控制比特、接收到的秘密信息粒子作为目标比特, 再次应用CNOT门操作从而获得含误码的秘密信息. 每个接收节点从秘密信息中提取部分作为检测比特串, 并将剩余的秘密信息应用奇偶校验矩阵纠正其中存在的比特翻转错误, 所有接收节点获得纠正后的秘密信息. 对协议安全、吞吐效率、通信效率等进行了分析和讨论.     

基于四粒子GHZ态的可控量子双向隐形传态及安全性

提出一个基于四粒子GHZ纠缠态实现未知单粒子态的可控量子双向传态方案.通信双方Alice和Bob以及控制方事先密享两对四粒子GHZ纠缠态以构建量子信道,根据纠缠粒子的不同分发方式,以及测量时所选择的不同测量基,可以分别实现三方和四方参与的可控量子双向传态.通信开始后,Alice和Bob分别对自己拥有的部分粒子作量子投影测量,若控制方同意双方通信,则对自己拥有的粒子作测量并通过经典信道公布测量结果.通信双方根据控制方公布的测量结果对各自的某个粒子作相应的幺正变换,即可在己方的粒子上重建对方待传的量子态.由于第三方Charlie以及第四方Dennis的加入,整个双向传态的安全性大为提高.     

基于Bell态粒子和单光子混合的量子安全直接通信方案

为了提高量子安全直接通信的效率,本文提出了一种基于Bell态粒子和单光子混合的量子安全直接通信方案.该方案中Alice将所有Bell态粒子划分为两个序列S_A和S_B,先将S_B发给Bob进行第一次窃听检测,检测结果表示量子信道安全后再将信息序列编码在序列S_A和单光子序列S_S混合的量子态序列上;然后将已编码序列经过顺序重排和添加单光子检测粒子后发给合法接收方Bob.该方案避免了复杂的U变换,简化了方案的实现过程.同时顺序重排和检测粒子的结合保证了方案的安全性.另外3 bits经典信息加载在一个态上的编码规则大大提高了编码容量,从而使信息传输效率也得到提高.     

基于单光子双量子态的确定性安全量子通信

量子通信是量子科学技术的一个重要研究领域,是一种利用量子力学原理,能够在合法各方之间安全地传输私密信息的通信方式.基于单光子的确定性安全量子通信通常需要在发送方和接收方之间来回两次传输单光子态,并利用局域幺正变换加载信息.本文提出了一种单向传输单光子态的确定性安全量子通信方案.发送方利用单光子的极化和time-bin两自由度构成的两组共轭基矢量来编码经典逻辑比特.接收方通过设计合适的测量装置可以在发送方辅助下确定性地获取比特信息并感知窃听,从而实现信息的确定性安全传输.另外,我们的协议使用线性光学元件和单光子探测器,可以在当前的量子通信装置上实现.     

基于高维单粒子态的双向半量子安全直接通信协议

本文设计了一个基于高维单粒子态的双向半量子安全直接通信协议,该协议包括量子方Alice和经典方Bob,每个参与方可以同时接收和发送秘密信息.协议中的经典方Bob无需具备量子态检测能力,因此该协议在现有技术条件下更易实现.安全性分析表明:在不被合法通信者发现的情况下,截获重发、测量重发、篡改攻击以及纠缠攻击等常见攻击手段均无法获取秘密信息.此外,该协议利用高维单粒子态作为信息传输的载体,这有效提高了秘密信息的传输效率.     

控制的量子隐形传态和控制的量子安全直接通信

我们提出了一个控制的量子隐形传态方案。在这方案中，发送方Alice 在监督者Charlie的控制下以他们分享的三粒子纠缠态作为量子通道将二能级粒子未知态的量子信息忠实的传给了遥远的接受方Bob。我们还提出了借助此传态的控制的量子安全直接通信方案。在保证量子通道安全的情况下， Alice直接将秘密信息编码在粒子态序列上，并在Charlie控制下用此传态方法传给Bob。Bob可通过测量他的量子位读出编码信息。由于没有带秘密信息的量子位在Alice 和Bob之间传送，只要量子通道安全， 这种通信不会泄露给窃听者任何信息， 是绝对安全的。这个方案的的特征是双方通信需得到第三方的许可。     

基于GHZ纠缠态实现纯EPR对的双向量子隐形传态

提出了一种基于Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)纠缠态进行纯EPR对双向隐形传态的方案.通过使用纠缠交换技术,通信双方Alice和Bob共享两对三粒子GHZ纠缠态来构建量子信道.方案中通过使用受控非门操作,单量子位测量以及适当的幺正操作,通信双方可以同时发送一个纯EPR对给对方.故相比仅可以传送单一量子态的方案更经济.     

基于三粒子GHZ态的双向量子可控隐形传态

提出基于三粒子GHZ态的双向量子可控隐形传态方案.方案中,使用两个三粒子GHZ态作为量子通道.而根据在量子通道中发送者,接收者和控制者所拥有的粒子的不同以及所采用的测量基的不同,设计出了三方参与的双向可控量子隐形传态方案和四方参与的双向可控量子隐形传态方案.在方案中,Alice和Bob对所拥有的粒子做合适的投影测量,并将其测量结果通知对方和控制者.若控制者同意此次传态,则会对自己所拥有的粒子做投影测量,并将结果告知接收者.接收者根据发送者和控制者的测量信息,做出相对应的幺正操作来重建发送者的量子态.同时三方参与和四方参与的量子可控隐形传态方案提高了通信的安全性.     

基于GHZ态的量子网络身份认证方案

利用量子力学中纠缠态的非定域关联性,提出了一种基于GHZ态的星型量子通信网络方案,该方案能有效地对用户身份进行认证,提高信息传输的安全性,实现任意站点间的量子通信.     

基于GHZ态的三方量子确定性密钥分配协议

基于连续变量GHZ态的纠缠特性,提出一种三方量子确定性密钥分配协议,其中密钥由GHZ态的振幅产生,而相位可以用来验证信道的安全性.现有的量子确定性密钥分配协议一次只能向一个接收方传送密钥,现实生活中经常要向多个接收方发送确定性密钥.信息论分析结果表明,当信道传输效率大于0.5时,该协议可以同时向两个接收方安全传送确定性密钥,制备多重纠缠态后,该协议还能够扩展成多方量子确定性密钥分配协议,这极大提高了密钥的整体传送效率,而且连续变量量子GHZ态信道容量较高,因此该协议具有重要的现实意义.     

单个N维量子系统的量子秘密共享

提出了一种单个N维量子系统的量子秘密共享方案.在该方案中,利用对Bennett和Brassard协议(BB84协议)中使用的两基四态扩展到多基多态,分发者对要共享的秘密采用多基多态编码,将被编码的单个N维量子系统发送给他的两个代理人之一,该代理人利用一个N维克隆机对接收到的粒子做幺正操作,然后把粒子发送给另一代理人.在得知最后一个代理人接收到该粒子之后,分发者告知两个代理人他所用的制备基,然后两个代理人分别对自己的系统进行测量并在合作之后获知分发者所发送的粒子的量子态.该方案的安全性基于量子不可克隆定理.另外该方案还具有信息量大效率高的特点.最后对该方案从两方扩展到N方进行了讨论.     

多方控制的量子安全直接通信协议的分析及改进

对一种多方控制的量子安全直接通信协议(WCZT协议)进行了安全性分析,并利用隐形传态给出了一种新的攻击方法.利用该攻击方法,接收方可以在没有征得任何控制方同意的情况下获得发送方的消息,因此该协议是不安全的.对该协议进行了改进,分析表明改进后的协议能够抵抗这种攻击,可以满足多方控制的量子安全直接通信的目的. 关键词： 隐形传态 单光子 多方控制 量子安全直接通信     

基于单光子的单向量子安全通信协议

提出了基于单光子的单向量子安全通信方案.发送方在对信息序列进行编码操作之前首先将其和随机序列进行异或操作并插入校验序列.接收方收到光子后对其进行延迟,此后发送方公布编码基从而使接收方在正确的基下进行测量.接着双方通过校验序列判断信道的安全性,如果信道安全,则发送方公布接收方有测量结果的位置所对应的随机序列,接收方由此恢复出信息序列;如果信道不安全,窃听者所获得的只是随机的发送序列,信息序列仍然是安全的.此协议与双向通信协议相比具有传输效率高、 易于实现等优点. 关键词： 量子密码 量子安全通信 单光子 单向通信     

受第三方控制的量子安全对话方案

通过量子隐形传态只能单向传递信息,从某种意义上说,并不是真正的"通信",本文提出一个由第三方控制的量子双向通信方案:通信双方经过幺正变换实现信息编码,然后分别对自己拥有的粒子进行贝尔基联合测量,公布测量结果,在控制方同意的情况下,实现量子安全对话,而控制方并不知道对话内容.由于控制方的加入,大大增强了量子对话的安全性,使得这一方案更趋完美.通过量子信道实现了经典信息的安全双向通信,它在未来量子安全对话、量子保密通信的实际应用中能起到重要的参考作用.     

基于非最大纠缠的五粒子Cluster态的高效量子态共享方案

本文提出了一个新的未知量子态共享方案,使用一个非最大纠缠的五粒子Cluster态作为量子通道来实现任意两粒子未知量子态的共享. 即就是发送方（Alice）,接收方（Bob）和控制方（Charlie）共享一个非最大纠缠的五粒子Cluster态. 与以前传统方案不同,在本方案中发送方引入一个辅助粒子,并对其手中的粒子进行正交完备基测量,而接收方不需要引入辅助粒子,只需要执行适当的幺正操作,即可以方便的完成信息的顺利接收. 控制方通过对自己手中的粒子做单粒子投影测量来控制和协助通信双方,使得任意两粒子的未知量子态共享方案得以成功实现. 关键词： 量子态共享 五粒子Cluster态 正交完备基测量 单粒子投影测量