論文的頁碼怎么設置
論文的頁碼怎么設置
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論文的頁碼設置
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未來安全密碼
[摘要] 根據量子力學中的海森伯不確定原理,任何竊聽者都無法做到竊聽量子密碼通信中的信息而不被發現。在中國,量子密碼通信的研究雖然起步較晚,但已取得了不俗的成果。時至今日,由于Internet及各種局域網的開通,銀行業務中電子支付系統的廣泛應用等,安全性就成為首先考慮的問題之一,這給量子密碼的應用提供了巨大的空間。
[關鍵詞] 密碼學 研究進展 發展方向
自從人類有了通信的需要以來,怎樣在通信中保密以及如何破譯密碼就是一對永恒的話題?，F在常用的標準加密方式是用一串隨機數字對信息進行編碼,當這種加密被惡意用戶竊聽時,不會留下任何痕跡,使得合法用戶無法察覺,而惡意用戶只要掌握了恰當的方法,其任何密碼都可以被破譯成明文。隨著計算機技術的發展在使密碼術更復雜的同時,也降低了破譯密碼的難度。那么到底什么樣的傳輸加密方式才是最安全的呢?在量子理論支配的世界里,這一切將會完全改變。
一、量子密碼術的核心:量子密鑰分配原理
量子密碼術是密碼術與量子力學結合的產物,它利用了系統所具有的量子性質。首先想到將量子物理用于密碼術的是美國科學家Wiesner。Wiesner于1970年提出,可利用單量子態制造不可偽造的“電子鈔票”。但這個設想的實現需要長時間保存單量子態,不太現實。Bennett和Brassard在研究中發現,單量子態雖然不好保存但可用于傳輸信息。1984年,Bennett和Brassard提出了第一個量子密碼術方案,稱為BB84方案,由此迎來了量子密碼術的新時期。
量子密碼術并不用于傳輸密文,而是用于建立、傳輸密碼本。量子密鑰分配是量子密碼術的核心組成部分。在量子密鑰分發中,總是用一個光子攜帶一個比特的信息,根據量子力學的不確定性原理以及量子不可克隆定理,任何竊聽者的存在都會被發現,從而保證密碼本的絕對安全,也就保證了加密信息的絕對安全。
BB84協議采用四個非正交態作為量子信息態,且這四個態分屬于兩組共軛基,每組基內的兩個態是相互正交的。兩組基互為共軛是指一組基中的任一基矢在另一組基中的任何基矢上的投影都相等。光子的線偏振量和圓偏振量就是互為共軛的量。不論是用左旋圓還是右旋圓偏振基測量線偏振光子,都是各以一半的幾率得到左旋或右旋圓偏振態。反之亦然。下面我們假定Alice(信息發送者)與Bob(信息接受者)約定用這兩種偏振基中的四種偏振態來實現量子密鑰分配,操作步驟如下:
(1)Alice隨機地選擇右旋、左旋、水平或垂直四種中任一種偏振態的光子發送給Bob;
(2)Bob隨機地獨立選擇線偏振基或圓偏振基測量該光子的偏振態;
(3)Bob確定實際所測量的偏振態(只有Bob自己知道,其中包含一些未被檢測到的空態);
(4)Bob公布他監測到時所采用的測量基(如通過電話告訴Alice),但不公布測量到那個偏振態。Alice告訴Bob那些測量基是正確的并保留下來,其余的丟棄掉;
(5)Alice和Bob僅保留相同基矢的態,并按約定的規則轉化為二進制序列(如左旋圓偏振態和水平線偏振態代表比特“1”,右旋圓偏振態和垂直線偏振態代表比特“0”)。
二、量子密碼術實驗研究進展
量子密鑰分配最早由Bennett等人在89年實驗成功。在該實驗中,信息由光子的偏振態編碼。實驗的結果是:光子在自由空間中只傳輸了32cm。誤碼率為4%,有效傳輸率很低(10分鐘傳送了105比特),但竊聽者能截獲的比特數只有6×10��-171�個,這說明安全程度非常高,足以顯示量子密鑰分發的潛力和誘人前景。
目前在量子密碼術實驗研究上進展最快的國家為英國、瑞士和美國。英國國防研究部于1993年首先在光纖中實現了基于BB84方案的相位編碼量子密鑰分發,光纖傳輸長度為10公里。這項研究后來轉到英國通訊實驗室進行,到1995年經多方改進,在30公里長的光纖傳輸中成功實現了量子密鑰分發。與偏振編碼相比,相位編碼的好處是對光的偏振態要求不那么苛刻。在長距離的光纖傳輸中,光的偏振性會退化,造成誤碼率的增加。然而,瑞士日內瓦大學的Muller等人于1993年基于BB84方案的偏振編碼方案,在1.1公里長的光纖中傳輸1.3微米波長的光子,誤碼率僅為0.54%,并于1995年在日內瓦湖底鋪設的23公里長民用光通信光纜中進行了實地表演,誤碼率為3.4%。1997年,他們利用Faraday鏡消除了光纖中的雙折射等影響因素,使得系統的穩定性和使用的方便性大大提高,被稱為“即插即用”的量子密碼方案。他們利用該方案成功演示了23km的密鑰傳輸,干涉度達99.8%,比特率為20 kbit/s,誤碼率僅為1.35%。1998年美國的los Alsmos國家實驗室的R.J.Hughes等人用兩臺M-Z干涉儀,但使用B92協議,使用衰減為0.3db/km的1.3μm通信光纖,性能更好的InGaAa探測器,成功地在8km的地下光纜中進行了密鑰傳送,誤碼率僅為�9.3%。�同年,英國BT實驗室的Townsend等人又將傳輸距離增加到了50 km。這個長度已經足以讓一所銀行和它的分支機構或者政府各部門的辦公室之間建立量子密碼通信的網絡。
在中國,量子密碼通信的研究雖然起步較晚,但已取得了不俗的成果。中科院物理所于1995年以BB84方案在國內首次做了演示性實驗,華東師范大學用B92方案做了在距離較短的自由空間里實驗。2000年,中科院物理所與研究生院合作,在850納米的單模光纖中完成了1.1公里的量子密碼通信演示性實驗。日前,由中國科技大學中科院量子信息重點實驗室與瑞典皇家理工學院微電子與應用物理系量子電子與量子光學小組共同組建的聯合課題組,在世界上首次完成了采用標記單光子源的誘騙態量子密碼實驗,將量子密碼技術的實際安全性進一步提高。
三、量子密碼術安全性證明
1.分流竊聽。竊聽者希望從通信信號中分出一部分信號,通過測量這些信號以獲取信息。這在經典通訊中是沒有問題的,但在量子密碼系統中是不可能成功的,因為這里攜帶信息的是單個光子,根據量子力學的基本原理,它們是不能被分割的。Eve(竊聽者)如果設法截獲到該光子,則Bob必然沒有收到,因而該光子在Alice和Bob比照結果并形成密鑰的過程中被丟棄了,Eve沒有得到有用的信息,反之,Bob測到的光子就肯定沒有被Eve截獲,因而Alice和Bob之間建立的密鑰肯定是安全的。
2.攔截/發送竊聽。在這種竊聽手段中,竊聽者采用與接受者相同的測量方法,利用選擇性測量獲取發送者發送的信息,然后根據她本人測量的結果再偽造發送一個信息給合法接受者。此時的竊聽者與無人竊聽時的接收者地位是相同的,因而它的選擇性測量的結果也由兩種可能:要么選對測量基,要么選錯。若她選對了,則她的竊聽行為沒有造成任何影響,若她選錯了,則她的測量行為將會完全破壞原來的信息態。在隨后的公開對照階段,合法通信雙方就可以發現她的存在。在Alice和Bob完成一組密鑰傳遞后,公開隨機地比較一部分數據,若二者間沒有差別,則認為無人竊聽,反之,則有人竊聽。比較的數目越大,Eve暴露的可能性越高。
3.攔截/克隆竊聽。這種竊聽方式似乎是可行的。在這種竊聽方式中,Eve把截獲的光子復制一個備份并將原光子再發送給Bob,然而量子不可克隆定理告訴我們,任何未知的量子態是不可復制的。如果要對其進行復制就首先要對其進行測量,而一旦進行測量,那么將會對其量子形態造成改變,合法的通信雙方則可由此而察覺到有人在竊聽。因而在Eve事先并不知道Alice發送的是哪種量子態的光子時,她想復制該光子是辦不到的。
四、量子密碼通信系統的發展前景及未來的發展方向
從量子理論的最基本概念出發,由理論上提出設想,到今天幾十公里的密鑰分配,接近實用化的量子密碼傳輸系統,這一切都是最近幾年發生的。在如此短的時間內取得如此飛速的發展,說明了社會對它需求的迫切性。時至今日,由于Internet及各種局域網的開通,銀行業務中電子支付系統的廣泛應用等,安全性就成為首先考慮的問題之一,這給量子密碼的應用提供了巨大的空間。目前較為普遍的觀點認為,未來量子密碼通信系統可能向這些方向發展:(1)尋找量子密碼應用的新領域。(2)利用量子中繼技術增加傳輸距離。(3)提高比特傳輸率。(4)小型與集成化。
參考文獻:
[1][美]斯皮爾曼.經典密碼學與現代密碼學[M].北京:清華大學出版社,2005.
[2]桂有珍,等.量子密碼術[J].物理學進展,2002,(4).
[3]馮向華.淺談量子密碼術和保密通信[J].現代物理知識,2005.
[4]吳長鋒,胡勝友.中外學者合作實現更安全的量子密碼系統.科技日報,2008-04-01.
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