一、量子密鑰分配

量子密鑰分配是量子密碼學(xué)中研究最早、理論和實(shí)驗(yàn)成果最多的一個(gè)研究領(lǐng)域。量子密鑰分配目前主要有兩個(gè)研究方向：一個(gè)是基于連續(xù)變量 QKD 的理論和實(shí)驗(yàn)研究；一個(gè)高速率、高性能的 QKD 理論和技術(shù)研究。量子密鑰最早研究得分配協(xié)議很多是關(guān)于兩方之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的密鑰分配。然而QKD 實(shí)際的實(shí)現(xiàn)要求網(wǎng)絡(luò)中任意用戶之間的密鑰分配。所以后來人們已研究了利用單光子的多用戶 QKD 方案，也提出了使用非正交基的多用戶 QKD 方案。

二、量子身份認(rèn)證

上面所提出的 QKD 均是假設(shè)通信方為合法用戶的前提下，然而在實(shí)際的環(huán)境中，有可能有假冒者存在，所以需要考慮通信方的身份認(rèn)證問題?；镜牧孔由矸菡J(rèn)證方案可分為兩類，即共享信息型和共享糾纏態(tài)型。前者是指通信雙方事先共享有一個(gè)預(yù)定好的比特串，以此來表明自己是合法通信者；而后者是雙方共享有一組糾纏態(tài)粒子，即雙方各自擁有每對(duì)糾纏態(tài)粒子中的一個(gè)，通過對(duì)糾纏對(duì)進(jìn)行相應(yīng)的操作也可以互相表明身份。這里需要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，“共享信息”指經(jīng)典信息，即經(jīng)典的比特串。另外，與經(jīng)典密碼學(xué)中的身份認(rèn)證類似，量子身份認(rèn)證中也可以引入仲裁者，雙方可以在仲裁者的幫助下驗(yàn)證身份。

三、量子簽名

在量子保密通信的過程中，像經(jīng)典保密通信一樣也會(huì)涉及到簽名的問題，目前量子通信和量子計(jì)算機(jī)的研究取得了迅速的進(jìn)展，特別是量子計(jì)算機(jī)，它的出現(xiàn)使得對(duì)量子比簽名成為重要的課題；目前已提出了若干種量子簽名方案，主要有基于單向函數(shù)的量子簽名方案，基于糾纏交換的量子簽名方案，基于 GHZ 三重態(tài)的量子簽名方案。

四、量子加密算法

由量子態(tài)疊加原理可知，一個(gè)有n個(gè)量子位的系統(tǒng)可以制備出 2n 個(gè)不同的疊加態(tài)，即量子系統(tǒng)有強(qiáng)大的信息存儲(chǔ)能力，因此研究量子加密算法有重要意義。量子加密算法經(jīng)典加密相比具有特殊的優(yōu)點(diǎn)：密鑰可以重用。如果發(fā)現(xiàn)通信錯(cuò)誤小于一定閾值，則可以將密鑰經(jīng)過保密放大處理后重復(fù)使用。目前最多的量子加密算法有：基于經(jīng)典密鑰的量子加密算法和基于量子密鑰的量子加密算法。

五、量子秘密共享

把一個(gè)秘密消息分割使得單個(gè)人不能重構(gòu)該秘密消息是信息處理特別是高安全應(yīng)用中常見的任務(wù)?，F(xiàn)代密碼學(xué)提供了解決方案--秘密共享。隨著 QKD 的發(fā)展，人們開始研究多方密鑰分配問題，于是很自然的提出了量子秘密共享(QSS)這一新的方向。

QSS 協(xié)議有三個(gè)主要目標(biāo)：

① 在多方之間分發(fā)秘密密鑰；

② 共享經(jīng)典秘密信息；

③ 共享量子秘密(未知量子態(tài))。

另外對(duì)于如何提高秘密共享方案的效率也是人們研究的熱點(diǎn)。

量子加密是一種前沿性、戰(zhàn)略性的信息安全技術(shù),隨著量子計(jì)算機(jī)的研究與發(fā)展使得基于大數(shù)的因子分解的經(jīng)典密碼學(xué)越來越受到威脅，人們預(yù)測(cè)，當(dāng)量子計(jì)算機(jī)成為現(xiàn)實(shí)，經(jīng)典密碼體制將無安全可言。而量子密碼術(shù)和量子計(jì)算機(jī)都是根植于量子力學(xué)的，只有量子密碼術(shù)能夠抵擋量子計(jì)算機(jī)的攻擊。所以，量子信息安全系統(tǒng)將成為保護(hù)數(shù)據(jù)安全的最佳選擇之一。

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