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第1章　绪论1

1.1　密码学的基本概念1

1.2　密码学的起源与发展2

1.2.1　艺术密码3

1.2.2　古典密码5

1.2.3　计算机密码6

1.2.4　物理密码9

1.2.5　几种密码形式的比较12

1.3　量子密码的起源与发展动态12

1.3.1　量子密码的起源12

1.3.2　量子密码的基本特征14

1.3.3　量子密码的发展动态15

1.3.4　量子密码的应用与展望21

1.4　两种密码体制的信息理论基础比较22

1.5　量子密码与其他学科的联系23

参考文献24

第2章　量子比特及其性质26

2.1　Hilbert空间与态矢变换26

2.1.1　Hilbert空间26

2.1.2　线性变换与算符28

2.2　量子系统32

2.2.1　量子系统的状态32

2.2.2　量子系统的可观测量36

2.3.1　作为信息量单位的比特40

2.3　经典比特40

2.3.2　描述信号状态的比特41

2.4　量子比特41

2.4.1　基本量子比特42

2.4.2　复合量子比特43

2.4.3　多进制量子比特44

2.5　量子比特的数学性质45

2.6　量子比特的物理性质46

2.6.1　双重性46

2.6.2　叠加性48

2.6.3　测不准性49

2.6.4　不可克隆性50

2.6.5　不可区分性52

2.6.6　纠缠性53

2.6.7　互补性56

2.6.8　相干性57

2.7　量子比特的信息量57

2.7.1　单量子比特的信息量58

2.7.2　非正交量子比特的信息量59

2.8　量子比特的变换59

2.8.1　量子逻辑门59

2.8.2　量子线路64

参考文献65

第3章　量子密钥67

3.1 引言67

3.2　经典密钥分配68

3.3.1　BB84协议70

3.3　基本量子密钥分配协议70

3.3.2　B92协议74

3.3.3　EPR协议77

3.4　量子密钥分配的通信模型79

3.4.1　通信模型79

3.4.2　量子信源80

3.4.3　信道81

3.5　对称量子密钥分配理论85

3.5.1　信源选择85

3.5.2　信道建立85

3.5.3　完善性确认87

3.5.4　密钥获取89

3.5.5　无条件安全性93

3.6　对称量子密钥分配协议的安全理论94

3.6.1　密钥分配协议的安全准则95

3.6.2　量子密钥分配的无条件安全性96

3.7　确定性量子密钥分配98

3.7.1　基于直接安全通信模式的随机密钥分配98

3.7.2　事先确定密钥的分配100

3.8　基于非对称操作的协议101

3.9　量子密钥验证104

3.9.1　量子密钥的真实性问题104

3.9.2　可同时实现密钥分配和验证的协议104

3.10　量子密钥存储106

3.11 网络中的量子密钥分配107

3.11.1　BT实验室方案108

3.11.2　Biham方案110

3.11.3　基于GHZ三重纠缠比特的方案111

3.12　量子比特序列与随机数113

3.12.1　随机数的数学描述114

3.12.2　量子随机数115

参考文献116

第4章　量子密码体制118

4.1　基本概念118

4.2　经典密码体制121

4.2.1　序列密码121

4.2.2　分组密码123

4.2.3　公钥密码124

4.3　融合量子密钥和经典Vernam算法的密码系统126

4.4　量子密码体制127

4.5　量子Vernam密码体制129

4.5.1　基本理论129

4.5.2　基于经典密钥的量子Vernam算法131

4.5.3　基于量子密钥的量子Vernam算法133

4.5.4　量子远程传态方案作为量子Vernam算法135

4.6　量子对称密码算法136

4.6.1　基于非正交纠缠比特的密码算法137

4.6.2　经典密码的量子实现算法141

4.6.3　量子密码算法的分组处理142

4.7　基于量子编码的量子公钥密码算法143

4.7.1　量子纠错码143

4.7.2　算法结构145

4.8　基于不可克隆定理的量子公钥密码算法147

4.9　基于子集和问题的量子公钥密码算法151

4.9.1　基础知识151

4.9.2　算法描述152

参考文献153

第5章　量子认证155

5.1　基本概念155

5.2　经典认证基础158

5.2.1　认证码158

5.2.2　hash函数159

5.2.3　数字签名159

5.2.4　认证协议160

5.3　基于量子密钥的经典身份认证系统162

5.4　基于经典密钥的量子身份认证系统163

5.5　纯量子身份认证系统166

5.5.1　量子远程传态的实现原理166

5.5.2　基于量子远程传态的身份认证协议168

5.6　不依赖于第三方的量子身份认证系统169

5.6.1　协议描述169

5.6.2　安全性分析173

5.6.3　评注175

5.7　量子签名176

5.8　仲裁量子签名177

5.8.1　算法结构177

5.8.2　安全性分析181

5.9.1　算法结构描述182

5.9　基于连续变量的真实量子签名182

5.9.2　安全性分析186

5.10　量子信道认证188

5.10.1　依赖经典信道的量子信道认证189

5.10.2　利用量子特性的量子信道认证189

参考文献193

第6章　量子秘密共享195

6.1　基本概念195

6.2　GHZ量子秘密共享体制196

6.2.1　算法描述196

6.2.2　安全性分析198

6.2.4　技术实现201

6.2.3　四方参与的秘密共享体制201

6.3　基于量子计算的（2,3）量子门限体制202

6.3.1　算法描述202

6.3.2　安全性分析204

6.4　基于量子纠错码的（k,2k-1）量子门限体制204

6.4.1　CSS码204

6.4.2　CGL量子门限体制206

6.5　基于连续变量的（k,n）量子门限体制207

6.5.1　实现原理207

6.5.2　方案描述208

6.6　量子秘密共享体制的应用209

参考文献210

第7章　量子安全协议211

7.1 引言211

7.2　量子比特承诺212

7.3　量子掷币协议213

7.4　量子不经意传输215

7.5　量子安全多方计算216

7.6　基于量子指纹的量子多方安全协议218

7.7　量子安全广播协议220

参考文献222

第8章　量子密码分析224

8.1　量子信息理论基础224

8.1.1　量子密码系统模型224

8.1.2　信息熵225

8.1.3　信息量227

8.1.4　量子Fano不等式228

8.2.1　算法复杂性与问题分类229

8.2　量子复杂性理论基础229

8.2.2　量子计算复杂性230

8.3　量子密码的安全理论232

8.3.1　经典安全理论233

8.3.2　量子完善保密性234

8.3.3　量子计算安全性235

8.4　量子密码系统的典型攻击方式236

8.4.1　量子密钥分配中的个体攻击237

8.4.2　量子密钥分配中的集体攻击239

8.5　特洛伊木马攻击策略241

8.5.1　特洛伊木马攻击策略241

8.5.2　特洛伊木马对量子密码的攻击与防御242

8.6.1　量子并行计算原理246

8.6　量子并行计算原理与应用246

8.6.2　量子Fourier变换247

8.7　量子计算机对经典密码的威胁248

8.7.1　量子因子分解算法对RSA算法的攻击249

8.7.2　量子搜索算法对经典密码算法的攻击251

参考文献254

第9章　量子密码系统实现技术256

9.1　量子信号256

9.1.1　单光子量子信号257

9.1.2　微弱激光脉冲量子信号258

9.1.3　弱激光量子信号259

9.1.4　光孤子量子信号263

9.2.1　单量子比特制备技术264

9.2　量子比特制备技术264

9.2.2　复合量子比特制备技术267

9.3　量子比特变换技术268

9.4　量子信号检测技术271

9.4.1　单光子信号检测技术271

9.4.2　零差检测技术273

9.5　典型量子密码系统274

9.5.1　量子随机数发生器274

9.5.2　量子密钥分配系统275

9.5.3　量子密钥验证系统277

9.5.4　量子数据加密系统278

9.5.5　量子身份认证系统278

参考文献279