,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,基于Ping-Pong协议量子直接安全通信性能研究,答 辩 人：周劲澍,专 业：微电子科学与技术,学 号：,1310462,指导老师：刘海员副教授,1,论文框架,量子通信,基本概念,基于Ping-Pong协议的量子安全直接通信,对Ping-Pong协议的改进方案,1,2,3,2,量子通信基础,研究背景,通信是人类社会最重要的信息交流手段，随着人类科技文明的不断进步，人类的通信手段也在不断地进化，而在不同的,场合我们,对信息的处理程度有着不同的要求,，今天,我们要讨论的则是安全保密级别很高的量子通信。,3,量子通信的基本特点,无条件的安全性,可以利用量子纠缠等特点,传输的高效性,4,量子比特的纠缠特性,量子比特：类比于经典比特，可以表示光子的垂直或水平。,处于纠缠态的粒子之间具有很好的关联性和非定域性。以极化的双光子纠缠态为例，对处于 的双纠缠粒子对AB中的A进行单粒子测量，如果测得结果为 ，复合系统坍缩为 ，粒子B测量结果也必为,。,5,Ping-Pong,协议流程图,Ping-Pong协议的流程图,6,Ping-Pong协议的安全性分析,Eve使用粒子 来进行攻击。,7,u=,假设,Alice,测量结果为,1,，此时发现窃听者的概率是,窃听者能够得到的最大信息量为 I .,8,p0=p1=0.5,时,I,和 的关系,9,再给出了Eve成功窃听I=nI（）而不被发现的的概率的公式,S（I,c，）=（,当c取0.5时，I和s的函数关系图为 控制=0.5，得到的,I和s的函数关系图为,10,对,Ping-Pong,协议的改进方案,Ping-Pong协议要求在消息模式下每传输一个经典比特都需要一次控制模式来验证信道的安全性，不仅在步骤操作上比较麻烦，而且每次只能传递一个经典比特的信息量，因此我们将针对Ping-Pong协议的效率方面进行相关的改进。,11,该方案通过加入一个随机序列，控制,0,的个数和数列长度来控制进入控制模式的概率，即令,M/N=c,。,对,Ping-Pong,协议的简单改进,流程1 对程序进行初始化。,产生随机序列。,流程2 Bob准备最大纠缠态的光子（粒子）对。,流程3 Bob保留光子B，将光子A通过量子信道发送给Alice。,流程4 Alice接收光子A后，观察随机数列的当前数值,，并决定进行流程,5,还是流程,6,。,流程5 Alice,和,Bob,分别进行测量，检测信道安全性。如果,有窃听者存在，终止通信。否则n=n-1，转至流程2。,流程6,根据传输信息进行解码操作,。若nN，转至流程2，n=N结束。,12,对该程序的分析,这个协议的传输效率为 =N/（M+M-N）,所以NM，|-下完成对他手中光子的测量；如果处于 或 的状态下，那么,Alice,在基底|0，|1下进行测量。,步骤二 在确保信道安全后，Alice将她需要传输的信息按U 、U 、U 、U 进行编码操作。,步骤三 根据经过局域变换后的纠缠光子对的状态按步骤一（2）中的规则在基底|+，|-或基底|0，|1下进行测量，并且通过经典信道将结果告诉Bob。,步骤四 在接收到Alice通过经典信道传递过来的结果后，Bob也开始对他保留的光子进行测量：如果Alice测量的结果是+或者-，Bob则在基底|0，|1下完成对手中对应光子的测量；若Alice测量的结果是0或者1，Bob则在基底|+，|-下完成对手中对应光子的测量。,步骤五 Bob根据Alice发送过来的报告和自己的测量结果，对光子进行解密操作。,基于纠缠光子对对Ping-Pong协议的改进,14,暴力破解：由于编码方式所带来的加密方式共有4！=24种，而且窃听者只有,1/4,的概率猜对，窃听概率并不大。,我们可以在编码前让Alice随机制备几组纠缠光子对，然后随机选择基底|+，|-或者基底|0，|1下测量这些光子，Bob在接收到Alice的测量结果之后，在相对应的基底下测量与其处于纠缠状态的光子，得到的结果一定是相关联的，否则是有人进行了窃听。,Eve的窃听攻击行为会增加信号的损耗和错误率，所以我们可以通过检测分析错误率和损耗比来保证信道的安全。,对本方案的分析,15,论文结论与展望,本篇论文第一章先介绍了量子通信的基本概念，为之后更深入的学习做了铺垫，然后在第二章详细的描述了论文的重点内容Ping-Pong协议，分析了它的传输特点，并给出了具体的流程图，之后又点出了它所具有的缺点，从而引出了第三章中两个改进的方案，这两个方案在传输效率方面相比较于Ping-Pong协议有了很大的提升，在安全性方面也有所兼顾，尤其是第二个方案中，对信息传输效率的提升十分明显。但是我们在量子安全直接通信通信方面依然有很多问题亟待解决，仍然需要我们进行更多更深入的研究。,16,致谢,谢谢各位老师批评指正。,Thank You,！,17,