安全量子通信中离散变量协议集的设计与分析

量子密钥分发(QKD)的出现彻底改变了安全通信领域,提供了经典加密方法无法实现的无条件安全性。然而,其有效性依赖于可靠的身份认证,因为认证过程中的漏洞可能导致整个通信系统的安全性受损。过去三十年间,学界提出了大量量子身份认证(QIA)协议。本论文首先按时间顺序对这些协议进行梳理,根据所采用的量子资源和计算任务进行分类,并分析其优势与局限。随后,通过识别现有协议中固有的对称性特征,该团队基于安全计算和通信任务设计了新型QIA方案。具体而言,该工作提出了一套基于受控安全直接量子通信的新QIA协议,利用贝尔态在第三方Charlie的协助下实现用户Alice和Bob的双向认证。全面安全性分析表明,该方案能有效抵御冒充攻击、拦截-重发攻击和欺诈性认证攻击,对比评估凸显了其相较于现有方案的优势。此外,本论文还提出两种无需纠缠态或理想单光子源的新型QKD协议,使其可利用商业光子源实现。严格的安全证明表明,这些协议可抵御包括拦截-重发攻击和特定集体攻击在内的多种攻击。通过建立密钥率界限,该研究团队证明特定的经典预处理能提升可容忍的错误阈值。

量科快讯