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杨宇光 著

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店铺： 科学出版社旗舰店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030373670

商品编码：10355131852

包装：平装

开本：16

出版时间：2013-05-29

页数：236

字数：276

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量子密码协议的设计和分析
	定价	60.00
	出版社	科学出版社
	版次	1
	出版时间	2013年05月
	开本	16
	作者	杨宇光
	装帧	平装
	页数	236
	字数	276
	ISBN编码	9787030373670

内容介绍
《量子安全协议及应用》以作者及其课题组多年的研究成果为主体，结合国内外学者在量子安全领域的代表性成果，对这一领域的主要内容作了系统论述，并提出了一些新的研究课题及进展。全书分为上篇和下篇（共11章）。在上篇中，第1章为量子安全研究所需的量子力学基础知识；第2～8章分别介绍了量子密码协议的设计和分析，主要包括量子密钥分发、量子身份认证、量子秘密共享、量子安全直接通信、量子签名、安全多方量子计算、量子密码协议的安全性分析方法；在下篇中，主要介绍量子密码协议和其它学科领域的交叉研究进展。第9章介绍了量子密码协议和经典密码的融合，主要包括量子门限身份认证、量子门限秘密共享、量子门限安全直接通信、量子门

目录
《信息科学技术学术著作丛书》序
序
前言
第1章 绪论
1.1 密码学的发展历史
1.1.1 古代加密方法（手工阶段）
1.1.2 古典密码（机械阶段）
1.1.3 现代密码（计算机阶段）
1.2 量子密码学的发展历史
1.3量子密码学的研究内容
1.3.1 量子密钥分发
1.3.2 量子身份认证
1.3.3 量子签名
1.3.4 量子安全直接通信
1.3.5 量子秘密共享
1.3.6 量子密码协议的安全性分析方法
1.3.7 和其他学科交叉
1.4 量子密码学VS量子计算机
1.4.1 破译密码（量子计算机）
1.4.2 构造密码（量子密码学）
1.5 量子密码学面临的挑战和应用前景

第2章 量子密码基础知识
2.1 量子力学五大假设
2.1.1 第*假设：量子力学系统的态由Hilbert空间中矢量完全描写
2.1.2 第二假设：力学量用线性厄米算子表示
2.1.3 第三假设：力学量算子平均值
2.1.4 第四假设：微观体系动力学演化（或Schrodinger方程假设）
2.1.5 第五假设：全同性原理假设
2.2 量子力学基本原理
2.2.1 测不准原理
2.2.2 量子不可克隆定理
2.2.3 非正交量子态不可区分定理
2.3 量子信息特性
2.3.1 量子比特和量子门
2.3.2 量子逻辑门的物理实现及进展
2.4 密度算子
2.4.1 量子状态的系综
2.4.2 约化密度算子
2.5 量子测量
2.5.1 广义测量
2.5.2 局域测量——POVM
2.5.3 POVM举例
2.6 量子纠缠态
2.7 量子隐形传态
2.8 几个基本概念
2.8.1 量子一次一密
2.8.2 量子单向函数
2.8.3 量子SwapTest
2.8.4 量子纠缠交换
参考文献

第3章 量子密钥分发和认证
3.1 BB84协议
3.2 GV95协议
3.3 基于秘密共享的多方同时量子身份认证
3.3.1 协议一
3.3.2 协议二
3.3.3 安全性分析
3.3.4 小结
3.4 基于GHZ态多方同时量子身份认证
3.4.1 协议描述
3.4.2 安全性分析
3.4.3 小结
3.5 基于GHZ态的量子（t，n）门限身份认证
3.5.1 协议描述
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 量子签名
第7章 安全多方量子计算
第8章 量子密码协议的安全性分析方法
第9章 量子密集编码 20世纪初发生了两大物理学革命：相对论和量子力学。这两大革命把物理学的研究领域从经典物理学的宏观世界分别扩展到了宇观世界和微观世界。量子特性在信息领域中有着独特的功能，在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量和提高检测精度等方面可能突破现有经典信息系统的极限，于是便诞生了一门新的学科分支——量子信息科学。它是量子力学与信息科学相结合的产物，包括量子密码、量子通信、量子计算等。近年来，在理论和实验上已经取得了重要突破，引起各国政府、科技界和信息产业界的高度重视。
在实验中任何两态量子系统都可以用来制备量子比特，常见的有光子的正交偏振态、电子或原子核的自旋、原子或量子点的能级、任何量子系统的空间模式等。信息一旦量子化，量子力学的特性便成为量子信息的物理基础，其主要有①量子态叠加性：量子信息可以同时输入或操作N个量子比特的叠加态；②量子相干性：量子干涉现象成为量子信息诸多特性的重要物理基础；③量子纠缠性：N（大于1）个量子比特可以处于量子纠缠态，对其中某个子系统的局域操作会影响到其余子系统的状态；④量子不可克隆定理：量子力学的线性特性禁止对任意量子态实行精确的复制，这个定理和Heisenberg测不准原理构成量子密码学的物理基础。
随着2008年、2009年国内基于已有商用光纤的光量子电话网、城域网络量子通信技术以及安徽芜湖量子政务网等量子通信网络的成功实现，国内在实用化量子通信方面取得了重大进展，绝对安全的量子通信由实验室走进了日常生活。从未来科技发展的领域看，随着量子通信技术的发展，光量子电话网、量子城域网以及量子政务网等量子通信网络的成功构建，通过商业光纤网络，多个用户之间可以进行真正安全、不怕任何窃听的量子通信，量子通信真正展现了它的应用价值。
著名计算机学家、计算机科学zui高奖“图灵奖”获得者，清华大学姚期智院士指出量子网络是下一代互联网可供选择方案之一，并担任首席科学家启动了我国973重大科学问题导向项目“全量子网络”。在国际上，2011年，加拿大量子计算公司D-Wave在量子计算机研究方面取得了重大突破，正式发布了全球第*款商用型量子计算机“D-Wave One”，量子计算机的梦想又近了一大步。
全书分为九章。第1章为绪论，主要介绍密码学和量子密码学的发展历史、量子密码学与量子计算的关系以及量子密码学面临的挑战和应用前景；第2章为量子安全通信研究所需的量子力学基础知识；第3～9章分别介绍了量子密码协议的设计和安全性分析方法，主要包括量子密钥分发和身份认证、量子安全直接通信、量子秘密共享、量子签名、安全多方量子计算、量子密码协议的安全性分析方法以及量子密集编码。
本书以作者课题组近五年来的研究成果为主体，结合国内外学者在量子密码学领域的代表性成果，对这一领域的主要内容作了系统论述，并提出了一些新的研究课题及进展。

[按需印刷] 量子密码协议的设计和分析 本书导读：理论前沿与安全实践的深度融合 本书深入探讨了量子密码学这一交叉学科的前沿领域，它不仅是信息安全领域最具颠覆性的发展方向之一，也是连接基础物理学、计算机科学与应用工程学的桥梁。内容聚焦于如何基于量子力学的基本原理，设计出在经典计算模型下被证明是理论安全的新一代密码系统。本书旨在为信息安全工程师、密码学研究人员、高等院校相关专业师生提供一份详尽、严谨且具有实践指导意义的参考资料。 第一部分：量子密码学的理论基石 本部分内容旨在为读者建立坚实的理论基础，理解量子密码协议得以成立的物理学和数学依据。 第1章：量子力学基础回顾与密码学应用视角 本章从密码学应用的角度，对量子力学中的核心概念进行提炼和重述。重点阐述量子叠加态、量子纠缠态的特性，以及它们如何提供超越经典信息论的安全保障。 1.1 量子比特（Qubit）与信息载体： 详细介绍量子比特的数学表示（狄拉克符号），区分经典比特与量子比特在信息存储和处理上的根本差异。探讨单比特和多比特系统的状态空间。 1.2 量子测量的不可逆性与信息泄露： 深入分析海森堡不确定性原理在密码学中的体现。阐明测量操作对量子态的不可逆影响，这是量子密钥分发（QKD）安全性的核心来源。 1.3 基本量子逻辑门与线路： 介绍实现量子计算和量子密码操作所需的基本量子门（如Hadamard门、Pauli门、CNOT门等）。阐述如何利用量子线路实现特定协议的演化步骤。 1.4 量子纠缠的密码学意义： 详述纠缠态（如Bell态）的特性，包括非定域性（Non-locality）。讨论纠缠态在构建无条件安全协议，如量子隐形传态和量子隐秘共享中的关键作用。 第2章：信息论安全基础与抗量子威胁 本章为理解现有安全协议的强度提供理论框架，并引入对抗未来量子计算机威胁的视角。 2.1 香农信息论与完美保密： 回顾经典密码学中的信息论极限，如一次性密码本（OTP）的完美保密条件。 2.2 量子信息论中的熵与信息度量： 介绍冯·诺依依曼熵（Von Neumann Entropy）及其在量化量子信息不确定性中的应用。 2.3 后量子密码学（PQC）的必要性： 简要概述Shor算法和Grover算法对现有公钥密码体制（如RSA、ECC）的致命威胁，从而引出设计新型抗量子算法的需求。 2.4 信息论安全（Information-Theoretic Security）的实现路径： 区分“计算安全”和“信息论安全”，确立量子密码协议努力达成的目标。 第二部分：核心量子密码协议的设计与分析 本部分是全书的重点，系统性地介绍和剖析当前主流的量子密码协议的机制、安全性证明和实际应用限制。 第3章：量子密钥分发（QKD）的经典范式：BB84与Ekert91 本章详述了基于单光子测量的最基础和应用最广泛的QKD协议。 3.1 BB84协议的原理与实现： 细致分解BB84协议的四个核心步骤：密钥预共享、基矢选择、数据比对和隐私放大。探讨其对窃听者的检测机制。 3.2 BB84协议的安全性证明（信息论安全）： 严格论证在光子源不可克隆定理（No-Cloning Theorem）的保护下，任何窃听行为都必然引入可被检测的错误率。 3.3 Ekert91协议与纠缠的利用： 介绍基于贝尔不等式检验的Ekert91协议。重点分析如何利用纠缠的非定域性来验证密钥的真实性，而非仅仅依赖基矢的随机选择。 3.4 实际QKD系统的限制与漏洞分析： 讨论现有QKD系统面临的实际工程挑战，包括光子源的非理想性、探测器效率差距（Side-Channel Attacks），以及如何通过设备无关（Device-Independent, DI）QKD来缓解这些漏洞。 第4章：基于纠缠的先进QKD协议与多用户场景 本章扩展到更复杂的量子网络和多方安全需求下的协议设计。 4.1 Shor-Duan-Kraus (SDK) 协议与纠缠源： 探讨如何通过预先分发的纠缠对来简化密钥协商过程，特别是面向长距离光纤或卫星通信的架构。 4.2 相位编码与弱相干态源（WCS）的安全性： 分析替代单光子源的实用化方案（如WCS），并讨论其在面对“光子数分离攻击”（Photon-Number-Splitting, PNS Attack）时的防御策略和后处理技术。 4.3 量子秘密共享（QSS）： 设计和分析将秘密信息分割并分发给多个参与者的量子协议。对比经典秘密共享与量子秘密共享在信息恢复门限上的差异。 4.4 量子认证与量子数字签名（QDS）： 介绍如何利用量子态的不可复制性来设计不可伪造的数字签名方案。分析基于量子态或量子密钥的认证机制的优缺点。 第三部分：量子密码协议的集成与展望 本部分着眼于将理论协议转化为实际可部署的安全架构，并展望未来的研究方向。 第5章：量子密码系统的工程实现与优化 本章关注如何将理论协议转化为工程上可行的物理系统，并讨论性能优化问题。 5.1 物理层关键器件： 介绍实现QKD所需的核心硬件，如单光子源（SPDC、半导体激光器）、高性能单光子探测器（SNSPD、APD）以及光纤与自由空间传输介质的选择。 5.2 后处理技术（Post-Processing）： 详述密钥提纯（Key Distillation）、错误校正（Error Correction）和隐私放大（Privacy Amplification）在确保最终密钥安全中的关键作用。量化这些步骤对最终密钥率的影响。 5.3 QKD网络的架构与路由： 探讨如何构建多节点、多用户的量子网络。介绍信任节点（Trusted Relays）与量子中继器（Quantum Repeaters）在扩展通信距离上的技术瓶颈与解决方案。 5.4 性能指标与密钥生成率分析： 分析影响最终安全密钥生成速率（Key Rate）的关键因素，如传输距离、信道损耗和系统误码率（QBER）。 第6章：量子密码学的未来方向与跨界融合 本章展望量子密码学尚未完全解决的难题以及与其他新兴技术的结合点。 6.1 设备无关（DI）量子密码： 深入研究如何仅依赖于输入/输出设备的测量结果，通过贝尔测试来保证协议的安全性，彻底消除对硬件制造商的信任需求。 6.2 量子安全通信的混合架构： 讨论将PQC算法与QKD技术结合的混合加密体制（Hybrid Cryptography）的必要性与设计原则，以在过渡期内实现最高级别的安全保障。 6.3 量子密码在分布式计算中的角色： 探讨量子安全态如何应用于分布式安全计算，如安全的量子态交换和联合测量问题。 6.4 标准化与监管挑战： 分析当前国际组织（如NIST、ITU-T）在量子密码技术标准化方面的工作进展，以及该技术在国家安全和商业应用中面临的政策与监管挑战。 --- 本书特色： 本书结构严谨，从物理定律出发，逐步深入到协议的数学建模和工程实现细节。它不仅提供了详尽的协议描述，更侧重于对协议安全性的严格论证，帮助读者理解“为什么安全”而非仅仅是“如何实现”。通过对现有技术限制的深入剖析，本书为读者指明了未来研究和产业化的方向。

评分☆☆☆☆☆

作为一名长期关注网络安全领域动态的技术爱好者，我一直都在寻找能够提供深刻见解和前沿知识的读物。当我看到《[按需印刷] 量子密码协议的设计和分析》这本书名时，我立刻感到一种强烈的共鸣。量子密码，这个词本身就充满了未来感，它承诺着一种前所未有的安全保障。我非常好奇这本书将如何深入浅出地讲解量子密码协议的设计原理。是会从量子比特的基础知识讲起，还是直接切入更复杂的协议构造？我希望它能详细阐述如何利用量子叠加态和量子纠缠来实现信息的安全传输，以及如何设计出能够抵抗各种量子攻击的协议。同时，“分析”这个词也引起了我的兴趣，我期待书中能够提供对现有及新兴量子密码协议的深入分析，包括它们的优缺点、安全模型以及潜在的攻击向量。我相信，这本书不仅能够满足我作为一名技术爱好者的求知欲，更能为我提供一些关于未来网络安全发展趋势的宝贵洞察。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名《[按需印刷] 量子密码协议的设计和分析》立刻吸引了我的目光，因为我一直对信息安全领域的前沿发展保持着高度的关注，特别是那些能够彻底改变现有安全格局的技术。量子计算的崛起，让我不得不思考，我们现有的加密体系是否会面临被颠覆的风险。这本书恰好回应了我的这种担忧，它表明有人正在积极地研究和设计应对之道。我非常期待书中能够详细阐述量子密码协议是如何从根本上克服经典密码学的局限性的。是否会介绍如何利用量子密钥分发（QKD）来生成真正随机且安全的密钥？又或者会探讨一些基于量子原理的加密算法？“设计”这个词暗示着书中可能会提供一些具体的协议方案，而“分析”则表明作者会对其进行严谨的安全性评估，例如抵御“黑客”利用量子计算机进行破解的能力。我希望这本书能用清晰的逻辑和丰富的实例，让我理解量子密码协议的独特之处，以及它们为未来信息安全带来的革命性影响，从而为应对未来的安全挑战做好准备。

评分☆☆☆☆☆

我被这本书的书名所吸引，是因为它精准地触及了我最近思考的一个核心问题：在日益增长的网络安全威胁面前，我们现有的加密技术是否还能hold住？特别是当量子计算机的潜力越来越被人们认识到，它们是否有可能轻易破解目前广泛使用的公钥密码系统？这本书的名字《[按需印刷] 量子密码协议的设计和分析》，直接点明了主题，让我看到了希望。我希望它能为我揭示量子密码协议是如何从根本上改变游戏规则的。这不仅仅是关于理论的探讨，更重要的是“设计”和“分析”这两个词。设计意味着书中会提供一些具体的协议框架，或许是基于BB84、E91或其他更先进的协议。而“分析”则表明，作者会深入剖析这些协议的安全性，包括它们在面对各种攻击（如主动攻击、被动窃听）时的鲁棒性，以及可能存在的理论漏洞。我对那些精巧的数学证明和信息论的巧妙运用非常着迷，期待这本书能提供一些精彩的分析案例，让我能更深刻地理解量子密码协议的强大之处，以及它们在实际部署中需要考虑的挑战。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计非常有吸引力，那种深邃的蓝色和交错的光线，仿佛暗示着一种未知而迷人的领域。我本身对科技和未来发展一直抱有浓厚兴趣，特别是那些能够颠覆我们现有认知和生活方式的前沿领域。量子计算和密码学，这两个词组合在一起，就自带一种神秘感和重要的历史意义。我能想象到，这本书一定深入浅出地介绍了量子密码协议的生成原理，比如如何利用量子力学的叠加态和纠缠态来构建不可破解的通信通道。想象一下，信息在传输过程中，任何的窃听都会不可避免地干扰量子状态，从而被发送方和接收方察觉，这简直是科幻小说中的情节变成了现实。而且，协议的设计必然涉及到大量的数学和物理概念，但这本书如果能用易于理解的方式阐述，那我绝对愿意花时间去钻研。它可能还会探讨一些实际的应用场景，比如国家安全、金融交易、甚至是个人隐私的保护，这些都与我们息息相关。我期待书中能描绘出一幅量子时代下信息安全的宏伟蓝图，让我们窥见未来世界通信的模样。

评分☆☆☆☆☆

当我看到《[按需印刷] 量子密码协议的设计和分析》这个书名的时候，我感觉到了一种强烈的学术探究的吸引力。我一直对基础科学如何影响我们生活的方方面面充满好奇，尤其是像量子力学这样深刻改变我们认知世界的理论，当它与密码学这样关乎信息安全的核心技术结合时，所能产生的火花更是令人期待。我希望这本书不仅仅停留在对量子密码协议的简单介绍，而是能够深入到其“设计”的精妙之处，比如它如何巧妙地利用量子态的不可克隆性以及测量导致的塌缩来构建安全的通信通道。同时，“分析”这个词让我看到了这本书的严谨性，它应该会带领读者深入理解这些协议的安全证明，以及在各种假设和攻击模型下的安全性评估。我期待书中能够展示出数学和物理的严谨性如何转化为坚不可摧的信息安全屏障，也许还会包含一些对未来量子密码技术发展方向的展望，让我能窥见科技进步的宏伟图景。