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楊宇光 著

圖書標籤:

• 量子密碼學
• 量子通信
• 密碼協議
• 安全性分析
• 按需印刷
• 量子密鑰分發
• 信息安全
• 理論研究
• 密碼學
• 量子計算

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齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030373670

商品編碼：10355131852

包裝：平裝

開本：16

齣版時間：2013-05-29

頁數：236

字數：276

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量子密碼協議的設計和分析
	定價	60.00
	齣版社	科學齣版社
	版次	1
	齣版時間	2013年05月
	開本	16
	作者	楊宇光
	裝幀	平裝
	頁數	236
	字數	276
	ISBN編碼	9787030373670

內容介紹
《量子安全協議及應用》以作者及其課題組多年的研究成果為主體，結閤國內外學者在量子安全領域的代錶性成果，對這一領域的主要內容作瞭係統論述，並提齣瞭一些新的研究課題及進展。全書分為上篇和下篇（共11章）。在上篇中，第1章為量子安全研究所需的量子力學基礎知識；第2～8章分彆介紹瞭量子密碼協議的設計和分析，主要包括量子密鑰分發、量子身份認證、量子秘密共享、量子安全直接通信、量子簽名、安全多方量子計算、量子密碼協議的安全性分析方法；在下篇中，主要介紹量子密碼協議和其它學科領域的交叉研究進展。第9章介紹瞭量子密碼協議和經典密碼的融閤，主要包括量子門限身份認證、量子門限秘密共享、量子門限安全直接通信、量子門

目錄
《信息科學技術學術著作叢書》序
序
前言
第1章 緒論
1.1 密碼學的發展曆史
1.1.1 古代加密方法（手工階段）
1.1.2 古典密碼（機械階段）
1.1.3 現代密碼（計算機階段）
1.2 量子密碼學的發展曆史
1.3量子密碼學的研究內容
1.3.1 量子密鑰分發
1.3.2 量子身份認證
1.3.3 量子簽名
1.3.4 量子安全直接通信
1.3.5 量子秘密共享
1.3.6 量子密碼協議的安全性分析方法
1.3.7 和其他學科交叉
1.4 量子密碼學VS量子計算機
1.4.1 破譯密碼（量子計算機）
1.4.2 構造密碼（量子密碼學）
1.5 量子密碼學麵臨的挑戰和應用前景

第2章 量子密碼基礎知識
2.1 量子力學五大假設
2.1.1 第*假設：量子力學係統的態由Hilbert空間中矢量完全描寫
2.1.2 第二假設：力學量用綫性厄米算子錶示
2.1.3 第三假設：力學量算子平均值
2.1.4 第四假設：微觀體係動力學演化（或Schrodinger方程假設）
2.1.5 第五假設：全同性原理假設
2.2 量子力學基本原理
2.2.1 測不準原理
2.2.2 量子不可剋隆定理
2.2.3 非正交量子態不可區分定理
2.3 量子信息特性
2.3.1 量子比特和量子門
2.3.2 量子邏輯門的物理實現及進展
2.4 密度算子
2.4.1 量子狀態的係綜
2.4.2 約化密度算子
2.5 量子測量
2.5.1 廣義測量
2.5.2 局域測量——POVM
2.5.3 POVM舉例
2.6 量子糾纏態
2.7 量子隱形傳態
2.8 幾個基本概念
2.8.1 量子一次一密
2.8.2 量子單嚮函數
2.8.3 量子SwapTest
2.8.4 量子糾纏交換
參考文獻

第3章 量子密鑰分發和認證
3.1 BB84協議
3.2 GV95協議
3.3 基於秘密共享的多方同時量子身份認證
3.3.1 協議一
3.3.2 協議二
3.3.3 安全性分析
3.3.4 小結
3.4 基於GHZ態多方同時量子身份認證
3.4.1 協議描述
3.4.2 安全性分析
3.4.3 小結
3.5 基於GHZ態的量子（t，n）門限身份認證
3.5.1 協議描述
3.5.2 安全性分析
……

第4章 量子安全直接通信
第5章 量子秘密共享
第6章 量子簽名
第7章 安全多方量子計算
第8章 量子密碼協議的安全性分析方法
第9章 量子密集編碼 20世紀初發生瞭兩大物理學革命：相對論和量子力學。這兩大革命把物理學的研究領域從經典物理學的宏觀世界分彆擴展到瞭宇觀世界和微觀世界。量子特性在信息領域中有著獨特的功能，在提高運算速度、確保信息安全、增大信息容量和提高檢測精度等方麵可能突破現有經典信息係統的極限，於是便誕生瞭一門新的學科分支——量子信息科學。它是量子力學與信息科學相結閤的産物，包括量子密碼、量子通信、量子計算等。近年來，在理論和實驗上已經取得瞭重要突破，引起各國政府、科技界和信息産業界的高度重視。
在實驗中任何兩態量子係統都可以用來製備量子比特，常見的有光子的正交偏振態、電子或原子核的自鏇、原子或量子點的能級、任何量子係統的空間模式等。信息一旦量子化，量子力學的特性便成為量子信息的物理基礎，其主要有①量子態疊加性：量子信息可以同時輸入或操作N個量子比特的疊加態；②量子相乾性：量子乾涉現象成為量子信息諸多特性的重要物理基礎；③量子糾纏性：N（大於1）個量子比特可以處於量子糾纏態，對其中某個子係統的局域操作會影響到其餘子係統的狀態；④量子不可剋隆定理：量子力學的綫性特性禁止對任意量子態實行精確的復製，這個定理和Heisenberg測不準原理構成量子密碼學的物理基礎。
隨著2008年、2009年國內基於已有商用光縴的光量子電話網、城域網絡量子通信技術以及安徽蕪湖量子政務網等量子通信網絡的成功實現，國內在實用化量子通信方麵取得瞭重大進展，絕對安全的量子通信由實驗室走進瞭日常生活。從未來科技發展的領域看，隨著量子通信技術的發展，光量子電話網、量子城域網以及量子政務網等量子通信網絡的成功構建，通過商業光縴網絡，多個用戶之間可以進行真正安全、不怕任何竊聽的量子通信，量子通信真正展現瞭它的應用價值。
著名計算機學傢、計算機科學zui高奬“圖靈奬”獲得者，清華大學姚期智院士指齣量子網絡是下一代互聯網可供選擇方案之一，並擔任首席科學傢啓動瞭我國973重大科學問題導嚮項目“全量子網絡”。在國際上，2011年，加拿大量子計算公司D-Wave在量子計算機研究方麵取得瞭重大突破，正式發布瞭全球第*款商用型量子計算機“D-Wave One”，量子計算機的夢想又近瞭一大步。
全書分為九章。第1章為緒論，主要介紹密碼學和量子密碼學的發展曆史、量子密碼學與量子計算的關係以及量子密碼學麵臨的挑戰和應用前景；第2章為量子安全通信研究所需的量子力學基礎知識；第3～9章分彆介紹瞭量子密碼協議的設計和安全性分析方法，主要包括量子密鑰分發和身份認證、量子安全直接通信、量子秘密共享、量子簽名、安全多方量子計算、量子密碼協議的安全性分析方法以及量子密集編碼。
本書以作者課題組近五年來的研究成果為主體，結閤國內外學者在量子密碼學領域的代錶性成果，對這一領域的主要內容作瞭係統論述，並提齣瞭一些新的研究課題及進展。

[按需印刷] 量子密碼協議的設計和分析 本書導讀：理論前沿與安全實踐的深度融閤 本書深入探討瞭量子密碼學這一交叉學科的前沿領域，它不僅是信息安全領域最具顛覆性的發展方嚮之一，也是連接基礎物理學、計算機科學與應用工程學的橋梁。內容聚焦於如何基於量子力學的基本原理，設計齣在經典計算模型下被證明是理論安全的新一代密碼係統。本書旨在為信息安全工程師、密碼學研究人員、高等院校相關專業師生提供一份詳盡、嚴謹且具有實踐指導意義的參考資料。 第一部分：量子密碼學的理論基石 本部分內容旨在為讀者建立堅實的理論基礎，理解量子密碼協議得以成立的物理學和數學依據。 第1章：量子力學基礎迴顧與密碼學應用視角 本章從密碼學應用的角度，對量子力學中的核心概念進行提煉和重述。重點闡述量子疊加態、量子糾纏態的特性，以及它們如何提供超越經典信息論的安全保障。 1.1 量子比特（Qubit）與信息載體： 詳細介紹量子比特的數學錶示（狄拉剋符號），區分經典比特與量子比特在信息存儲和處理上的根本差異。探討單比特和多比特係統的狀態空間。 1.2 量子測量的不可逆性與信息泄露： 深入分析海森堡不確定性原理在密碼學中的體現。闡明測量操作對量子態的不可逆影響，這是量子密鑰分發（QKD）安全性的核心來源。 1.3 基本量子邏輯門與綫路： 介紹實現量子計算和量子密碼操作所需的基本量子門（如Hadamard門、Pauli門、CNOT門等）。闡述如何利用量子綫路實現特定協議的演化步驟。 1.4 量子糾纏的密碼學意義： 詳述糾纏態（如Bell態）的特性，包括非定域性（Non-locality）。討論糾纏態在構建無條件安全協議，如量子隱形傳態和量子隱秘共享中的關鍵作用。 第2章：信息論安全基礎與抗量子威脅 本章為理解現有安全協議的強度提供理論框架，並引入對抗未來量子計算機威脅的視角。 2.1 香農信息論與完美保密： 迴顧經典密碼學中的信息論極限，如一次性密碼本（OTP）的完美保密條件。 2.2 量子信息論中的熵與信息度量： 介紹馮·諾依依曼熵（Von Neumann Entropy）及其在量化量子信息不確定性中的應用。 2.3 後量子密碼學（PQC）的必要性： 簡要概述Shor算法和Grover算法對現有公鑰密碼體製（如RSA、ECC）的緻命威脅，從而引齣設計新型抗量子算法的需求。 2.4 信息論安全（Information-Theoretic Security）的實現路徑： 區分“計算安全”和“信息論安全”，確立量子密碼協議努力達成的目標。 第二部分：核心量子密碼協議的設計與分析 本部分是全書的重點，係統性地介紹和剖析當前主流的量子密碼協議的機製、安全性證明和實際應用限製。 第3章：量子密鑰分發（QKD）的經典範式：BB84與Ekert91 本章詳述瞭基於單光子測量的最基礎和應用最廣泛的QKD協議。 3.1 BB84協議的原理與實現： 細緻分解BB84協議的四個核心步驟：密鑰預共享、基矢選擇、數據比對和隱私放大。探討其對竊聽者的檢測機製。 3.2 BB84協議的安全性證明（信息論安全）： 嚴格論證在光子源不可剋隆定理（No-Cloning Theorem）的保護下，任何竊聽行為都必然引入可被檢測的錯誤率。 3.3 Ekert91協議與糾纏的利用： 介紹基於貝爾不等式檢驗的Ekert91協議。重點分析如何利用糾纏的非定域性來驗證密鑰的真實性，而非僅僅依賴基矢的隨機選擇。 3.4 實際QKD係統的限製與漏洞分析： 討論現有QKD係統麵臨的實際工程挑戰，包括光子源的非理想性、探測器效率差距（Side-Channel Attacks），以及如何通過設備無關（Device-Independent, DI）QKD來緩解這些漏洞。 第4章：基於糾纏的先進QKD協議與多用戶場景 本章擴展到更復雜的量子網絡和多方安全需求下的協議設計。 4.1 Shor-Duan-Kraus (SDK) 協議與糾纏源： 探討如何通過預先分發的糾纏對來簡化密鑰協商過程，特彆是麵嚮長距離光縴或衛星通信的架構。 4.2 相位編碼與弱相乾態源（WCS）的安全性： 分析替代單光子源的實用化方案（如WCS），並討論其在麵對“光子數分離攻擊”（Photon-Number-Splitting, PNS Attack）時的防禦策略和後處理技術。 4.3 量子秘密共享（QSS）： 設計和分析將秘密信息分割並分發給多個參與者的量子協議。對比經典秘密共享與量子秘密共享在信息恢復門限上的差異。 4.4 量子認證與量子數字簽名（QDS）： 介紹如何利用量子態的不可復製性來設計不可僞造的數字簽名方案。分析基於量子態或量子密鑰的認證機製的優缺點。 第三部分：量子密碼協議的集成與展望 本部分著眼於將理論協議轉化為實際可部署的安全架構，並展望未來的研究方嚮。 第5章：量子密碼係統的工程實現與優化 本章關注如何將理論協議轉化為工程上可行的物理係統，並討論性能優化問題。 5.1 物理層關鍵器件： 介紹實現QKD所需的核心硬件，如單光子源（SPDC、半導體激光器）、高性能單光子探測器（SNSPD、APD）以及光縴與自由空間傳輸介質的選擇。 5.2 後處理技術（Post-Processing）： 詳述密鑰提純（Key Distillation）、錯誤校正（Error Correction）和隱私放大（Privacy Amplification）在確保最終密鑰安全中的關鍵作用。量化這些步驟對最終密鑰率的影響。 5.3 QKD網絡的架構與路由： 探討如何構建多節點、多用戶的量子網絡。介紹信任節點（Trusted Relays）與量子中繼器（Quantum Repeaters）在擴展通信距離上的技術瓶頸與解決方案。 5.4 性能指標與密鑰生成率分析： 分析影響最終安全密鑰生成速率（Key Rate）的關鍵因素，如傳輸距離、信道損耗和係統誤碼率（QBER）。 第6章：量子密碼學的未來方嚮與跨界融閤 本章展望量子密碼學尚未完全解決的難題以及與其他新興技術的結閤點。 6.1 設備無關（DI）量子密碼： 深入研究如何僅依賴於輸入/輸齣設備的測量結果，通過貝爾測試來保證協議的安全性，徹底消除對硬件製造商的信任需求。 6.2 量子安全通信的混閤架構： 討論將PQC算法與QKD技術結閤的混閤加密體製（Hybrid Cryptography）的必要性與設計原則，以在過渡期內實現最高級彆的安全保障。 6.3 量子密碼在分布式計算中的角色： 探討量子安全態如何應用於分布式安全計算，如安全的量子態交換和聯閤測量問題。 6.4 標準化與監管挑戰： 分析當前國際組織（如NIST、ITU-T）在量子密碼技術標準化方麵的工作進展，以及該技術在國傢安全和商業應用中麵臨的政策與監管挑戰。 --- 本書特色： 本書結構嚴謹，從物理定律齣發，逐步深入到協議的數學建模和工程實現細節。它不僅提供瞭詳盡的協議描述，更側重於對協議安全性的嚴格論證，幫助讀者理解“為什麼安全”而非僅僅是“如何實現”。通過對現有技術限製的深入剖析，本書為讀者指明瞭未來研究和産業化的方嚮。

評分☆☆☆☆☆

當我看到《[按需印刷] 量子密碼協議的設計和分析》這個書名的時候，我感覺到瞭一種強烈的學術探究的吸引力。我一直對基礎科學如何影響我們生活的方方麵麵充滿好奇，尤其是像量子力學這樣深刻改變我們認知世界的理論，當它與密碼學這樣關乎信息安全的核心技術結閤時，所能産生的火花更是令人期待。我希望這本書不僅僅停留在對量子密碼協議的簡單介紹，而是能夠深入到其“設計”的精妙之處，比如它如何巧妙地利用量子態的不可剋隆性以及測量導緻的塌縮來構建安全的通信通道。同時，“分析”這個詞讓我看到瞭這本書的嚴謹性，它應該會帶領讀者深入理解這些協議的安全證明，以及在各種假設和攻擊模型下的安全性評估。我期待書中能夠展示齣數學和物理的嚴謹性如何轉化為堅不可摧的信息安全屏障，也許還會包含一些對未來量子密碼技術發展方嚮的展望，讓我能窺見科技進步的宏偉圖景。

評分☆☆☆☆☆

我被這本書的書名所吸引，是因為它精準地觸及瞭我最近思考的一個核心問題：在日益增長的網絡安全威脅麵前，我們現有的加密技術是否還能hold住？特彆是當量子計算機的潛力越來越被人們認識到，它們是否有可能輕易破解目前廣泛使用的公鑰密碼係統？這本書的名字《[按需印刷] 量子密碼協議的設計和分析》，直接點明瞭主題，讓我看到瞭希望。我希望它能為我揭示量子密碼協議是如何從根本上改變遊戲規則的。這不僅僅是關於理論的探討，更重要的是“設計”和“分析”這兩個詞。設計意味著書中會提供一些具體的協議框架，或許是基於BB84、E91或其他更先進的協議。而“分析”則錶明，作者會深入剖析這些協議的安全性，包括它們在麵對各種攻擊（如主動攻擊、被動竊聽）時的魯棒性，以及可能存在的理論漏洞。我對那些精巧的數學證明和信息論的巧妙運用非常著迷，期待這本書能提供一些精彩的分析案例，讓我能更深刻地理解量子密碼協議的強大之處，以及它們在實際部署中需要考慮的挑戰。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名《[按需印刷] 量子密碼協議的設計和分析》立刻吸引瞭我的目光，因為我一直對信息安全領域的前沿發展保持著高度的關注，特彆是那些能夠徹底改變現有安全格局的技術。量子計算的崛起，讓我不得不思考，我們現有的加密體係是否會麵臨被顛覆的風險。這本書恰好迴應瞭我的這種擔憂，它錶明有人正在積極地研究和設計應對之道。我非常期待書中能夠詳細闡述量子密碼協議是如何從根本上剋服經典密碼學的局限性的。是否會介紹如何利用量子密鑰分發（QKD）來生成真正隨機且安全的密鑰？又或者會探討一些基於量子原理的加密算法？“設計”這個詞暗示著書中可能會提供一些具體的協議方案，而“分析”則錶明作者會對其進行嚴謹的安全性評估，例如抵禦“黑客”利用量子計算機進行破解的能力。我希望這本書能用清晰的邏輯和豐富的實例，讓我理解量子密碼協議的獨特之處，以及它們為未來信息安全帶來的革命性影響，從而為應對未來的安全挑戰做好準備。

評分☆☆☆☆☆

作為一名長期關注網絡安全領域動態的技術愛好者，我一直都在尋找能夠提供深刻見解和前沿知識的讀物。當我看到《[按需印刷] 量子密碼協議的設計和分析》這本書名時，我立刻感到一種強烈的共鳴。量子密碼，這個詞本身就充滿瞭未來感，它承諾著一種前所未有的安全保障。我非常好奇這本書將如何深入淺齣地講解量子密碼協議的設計原理。是會從量子比特的基礎知識講起，還是直接切入更復雜的協議構造？我希望它能詳細闡述如何利用量子疊加態和量子糾纏來實現信息的安全傳輸，以及如何設計齣能夠抵抗各種量子攻擊的協議。同時，“分析”這個詞也引起瞭我的興趣，我期待書中能夠提供對現有及新興量子密碼協議的深入分析，包括它們的優缺點、安全模型以及潛在的攻擊嚮量。我相信，這本書不僅能夠滿足我作為一名技術愛好者的求知欲，更能為我提供一些關於未來網絡安全發展趨勢的寶貴洞察。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計非常有吸引力，那種深邃的藍色和交錯的光綫，仿佛暗示著一種未知而迷人的領域。我本身對科技和未來發展一直抱有濃厚興趣，特彆是那些能夠顛覆我們現有認知和生活方式的前沿領域。量子計算和密碼學，這兩個詞組閤在一起，就自帶一種神秘感和重要的曆史意義。我能想象到，這本書一定深入淺齣地介紹瞭量子密碼協議的生成原理，比如如何利用量子力學的疊加態和糾纏態來構建不可破解的通信通道。想象一下，信息在傳輸過程中，任何的竊聽都會不可避免地乾擾量子狀態，從而被發送方和接收方察覺，這簡直是科幻小說中的情節變成瞭現實。而且，協議的設計必然涉及到大量的數學和物理概念，但這本書如果能用易於理解的方式闡述，那我絕對願意花時間去鑽研。它可能還會探討一些實際的應用場景，比如國傢安全、金融交易、甚至是個人隱私的保護，這些都與我們息息相關。我期待書中能描繪齣一幅量子時代下信息安全的宏偉藍圖，讓我們窺見未來世界通信的模樣。