量子保密通信协议通用可组合安全性研究

摘要

量子保密通信是基于香农信息论和量子物理学而发展起来的新型通信技术。量子保密通信与经典通信不同，主要是利用微观粒子的量子特性实现对信息的保护。量子保密通信的安全性由海森堡不确定性原理以及量子不可克隆原理保证，因此在理论上可以实现无条件安全通信。随着技术的发展，量子保密通信的应用领域也得到进一步扩展，与应用相关的安全需求也越来越复杂。量子保密通信协议能够与其它协议组合成复杂的协议体系，其安全性一直以来都是协议分析的难点。本文从复合角度出发，研究了量子保密通信协议的通用可组合安全性，主要包括了以下三个方面：
　　1、分析了Unruh等人的QUC模型，针对Unruh的QUC模型存在的不足进行了改进，提出了QJUC协议模型和QJUC组合推论，并对QJUC组合推论进行了证明。对QUC模型和QJUC模型的性能进行了对比分析，分析结果表明QJUC模型相比于QUC模型减少了建立协议分析模型所需的资源，优化了模型结构且具有更强的建模能力。
　　2、基于QJUC模型对QKD系统进行了建模，并分析了QKD系统的QJUC安全性。利用QJUC模型模块化的思想，将QKD系统拆分成了四个模块，分别是：QKD协议、秘密放大、认证以及纠错。分别对这四个模块的QJUC安全性进行了分析。分析表明这四个模块均满足QJUC安全性，因此由这些模块构成的QKD系统也是QJUC安全的。
　　3、研究了量子通信网络的体系结构，利用QJUC模型对可信中继QKD网络的密钥提取层进行了建模分析。构建了能够QJUC安全实现F^en/decrypt、F^KD、F^EC、F^PA和F^Ath的实际协议多会话扩展并分别对各个模块进行安全性分析，分析表明这些模块均满足QJUC安全性，因此由这些模块构成的可信中继QKD网络也是QJUC安全的。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究目的与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容及组织结构

第二章 量子通用可组合模型

2.1 形式化计算模型

2.2 QUC模型及其运行过程

2.3 量子通用可组合定理

2.4 本章小结

第三章 量子相交状态通用可组合模型

3.1 UC模型和QUC模型的局限性

3.2 QJUC模型的组成及其运行过程

3.3 QJUC模型的安全性证明

3.4 QJUC模型与QUC模型的性能对比

3.5 本章小结

第四章 QKD系统的QJUC安全性分析

4.1 QKD系统的QJUC模型

4.2 QKD协议的QJUC安全性分析

4.3 秘密放大的QJUC安全性分析

4.4 纠错机制的QJUC安全性分析

4.5 认证机制的QJUC安全性分析

4.6 本章小结

第五章 基于QJUC安全的可信中继QKD网络协议模型

5.1 可信中继QKD网络的体系结构

5.2 可信中继QKD网络的QJUC模型

5.3 具有QJUC安全性的协议方案

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果