Quantum Private Communication 量子保密通信 97870402 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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Guihua Zeng 著

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出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040254792

商品编码：29424513232

包装：精装

出版时间：2010-01-01

基本信息

书名：Quantum Private Communication 量子保密通信

定价：59.00元

作者：Guihua Zeng

出版社：高等教育出版社

出版日期：2010-01-01

ISBN：9787040254792

字数：

页码：

版次：1

装帧：精装

开本：16开

商品重量：0.763kg

编辑推荐

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导语_点评_推荐词

内容提要

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量子保密通信是讨论在通信领域利用量子所具有的叠加性、纠缠性、非局域性等特性，实现保密通信。本书内容涵盖五个方面：量子保密通信基础理论、量子密码基本原理、量子通信模型、量子保密通信实现技术和量子保密通信应用。本书可作为计算机科学、通信工程、电子工程、物理与数学等相关学科的研究人员参考书，也可作为高年级本科生和研究生的教学参考书。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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量子世界的隐秘通道：加密的未来与现实 在信息爆炸的时代，数据的安全性与隐私保护已成为刻不容缓的挑战。传统的加密技术，虽然历经数十年磨砺，在应对日益增长的网络威胁和强大的计算能力时，却显得力不从心。量子计算的崛起，更是为现有加密体系敲响了警钟，预示着一个信息安全的新纪元即将到来。在这个变革的十字路口，我们必须审视那些能够引领我们穿越迷雾、抵达安全彼岸的技术，而“量子保密通信”正是其中最耀眼的一颗明星。 本书并非仅仅是理论的堆砌，它将带领读者深入探索量子保密通信（Quantum Private Communication, QPC）的深层奥秘。我们将从最基础的概念讲起，逐步揭示量子力学如何为通信安全提供前所未有的保障。这并非一个抽象的科幻构想，而是正在蓬勃发展、并且已经在现实世界中初露锋芒的尖端技术。 第一章：加密的困境与量子曙光 在深入量子保密通信之前，我们必须深刻理解当前加密技术的局限性。传统加密主要依赖于数学难题，例如大数分解（RSA算法）或离散对数问题（Diffie-Hellman算法）。这些算法的安全性建立在目前计算机强大的计算能力下，这些问题在短时间内难以解决。然而，量子计算的出现，特别是Shor算法的提出，能够高效地解决这些数学难题，对现有的公钥加密体系构成了根本性的威胁。一旦强大的量子计算机问世，当前互联网上广泛使用的加密通信将瞬间变得不堪一击。 正是在这样的背景下，量子保密通信应运而生。它不再依赖于计算上的难度，而是利用量子力学的基本原理，即量子叠加、量子纠缠以及测量会扰动量子态的特性，来实现信息传输的绝对安全。这种安全性并非基于“解不开的数学题”，而是基于“物理学定律”，使得任何窃听行为都必然留下痕迹，从而被通信双方及时发现。 第二章：量子的语言：光子与叠加态 量子保密通信的核心载体是光子，即光的最小单位。光子的一个关键特性是其可以处于“叠加态”，这意味着一个光子可以同时拥有多种状态。在量子通信中，我们通常利用光子的偏振状态来编码信息。例如，水平偏振可以代表“0”，垂直偏振可以代表“1”。更重要的是，一个光子可以处于水平和垂直偏振的叠加态，这意味着它同时既是“0”又是“1”。 这种叠加态的特性是量子保密通信的基础。在信息编码和传输过程中，信息就“蕴藏”在这些叠加态中。任何试图窃听这些光子的行为，都需要对其进行测量。而根据量子力学的测不准原理，任何测量行为都会不可避免地扰动原有的量子态，使得叠加态坍缩到某一个确定的状态。这种扰动是无法掩盖的，也就意味着窃听行为无所遁形。 第三章：量子纠缠：神秘的“幽灵般的超距作用” 除了叠加态，量子纠缠是量子保密通信中另一个至关重要的概念。当两个或多个光子处于纠缠态时，它们之间会建立起一种奇特的关联。无论它们相距多远，测量其中一个光子的状态，会瞬间决定另一个光子的状态，仿佛它们之间存在着一种“心有灵犀”。爱因斯坦曾将其称为“幽灵般的超距作用”。 在量子保密通信中，量子纠缠可以被用来生成共享密钥。通过产生一对纠缠光子，并将它们分别发送给通信双方（Alice和Bob）。当Alice测量自己手中的光子时，Bob手中的纠缠光子会立即处于与之关联的状态。通过双方对测量结果进行比对和后处理，他们就可以生成一个完全相同的、随机的密钥，而这个密钥的生成过程是无法被任何窃听者（Eve）干扰或获知的。即使Eve试图测量其中的一个光子，也会破坏纠缠态，导致Alice和Bob的密钥生成失败或发现错误，从而及时放弃本次通信。 第四章：量子密钥分发（QKD）：实现绝对安全的起点 量子保密通信最经典的应用就是量子密钥分发（Quantum Key Distribution, QKD）。QKD的核心目标是为通信双方生成一个安全、共享的密钥，然后利用这个密钥来加密和解密后续的经典信息。QKD协议种类繁多，其中最著名且应用最广泛的是BB84协议。 BB84协议利用了前面提到的光子偏振和叠加态的原理。Alice随机选择一种偏振基（例如，对角线基或直角基）来制备光子的偏振态，并将其发送给Bob。Bob也随机选择一种偏振基来测量接收到的光子。在通信结束后，Alice和Bob通过一个公开的信道（例如互联网）来比对他们所使用的测量基。如果他们使用的测量基相同，则他们对该光子的测量结果将完全一致，这个结果就可以被用来生成密钥的一部分。如果测量基不同，则测量结果将是随机的，不能用于生成密钥。 通过对大量光子进行测量和比对，Alice和Bob就能够生成一个足够长的、完全相同的随机密钥。然后，他们就可以用这个密钥来加密和解密任何需要保密传输的经典信息，例如文本、文件、语音甚至视频。最关键的是，在整个密钥分发过程中，任何试图窃听的行为都会导致量子态的改变，从而被Alice和Bob检测到，他们会立即放弃使用这个被污染的密钥，重新进行密钥分发。 第五章：从理论到实践：QKD的技术挑战与发展 尽管量子密钥分发在理论上提供了无懈可击的安全性，但在实际部署中仍面临诸多挑战。首先是量子信号的衰减。光子在传输过程中会受到介质（如光纤或自由空间）的衰减，导致信号强度减弱，这会限制QKD的传输距离。为了克服这一问题，研究人员正在开发各种技术，例如使用高亮度单光子源、高效率单光子探测器，以及量子中继器来延长QKD的有效距离。 其次是QKD系统的集成和成本。将量子光源、探测器、调制器等精密器件集成到一个稳定、可靠且成本可控的系统中，是实现QKD大规模应用的关键。目前，QKD设备仍然相对昂贵，这限制了其在广泛领域的普及。 再者是QKD协议的安全性证明和抗量子攻击的鲁棒性。虽然基于物理原理的安全性是QKD的优势，但任何协议在面对不断发展的攻击手段时，都需要不断进行安全评估和改进。此外，一些现实世界的QKD实现中可能存在侧信道攻击的风险，即攻击者可能通过分析设备的物理特性来推断密钥信息。因此，开发更 robust 的QKD协议和硬件设计是持续的研究方向。 第六章：量子保密通信的未来展望与应用场景 尽管面临挑战，量子保密通信的发展势头强劲。目前，已有多个国家和地区在积极部署QKD网络，包括城域QKD网络、骨干网以及卫星QKD项目。这些网络为政府、金融机构、科研单位等对安全性要求极高的用户提供了强大的安全保障。 未来的量子保密通信将更加多样化。除了点对点QKD，量子密钥网络（Quantum Key Network, QKN）和量子互联网（Quantum Internet）的构建正在逐步推进。量子密钥网络将能够实现多用户之间的安全密钥共享，而量子互联网则将能够传输量子信息本身，从而实现更强大的量子计算和量子通信能力。 量子保密通信的应用场景将日益广泛。除了传统的军事、金融和政府部门，它还将应用于： 企业级通信安全： 保护商业机密、客户数据和知识产权。 物联网（IoT）安全： 为海量互联设备提供端到端的安全通信。 医疗健康： 保护敏感的病患信息。 智能电网： 确保关键基础设施的通信安全。 分布式量子计算： 连接分布式的量子计算机，实现更强大的计算能力。 结语 量子保密通信不仅仅是一项技术，它代表着信息安全领域的一场深刻变革。它将我们从依赖数学难题的加密时代，带入到基于物理定律的绝对安全时代。了解并掌握量子保密通信，不仅是对前沿科学的探索，更是对未来信息安全格局的预判和准备。本书的编写，旨在为读者提供一个全面、深入、且易于理解的视角，共同展望一个更加安全、可靠的数字未来。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和图示设计简直是教科书级别的典范。在处理如此复杂和高维度的概念时，清晰的视觉辅助是至关重要的，而这本书在这方面做得极其出色。每一张插图，无论是用于说明量子态叠加的示意图，还是描绘纠缠粒子间连接的图形，都经过了精心设计，不仅仅是装饰，更是理解关键步骤的必要工具。我尤其喜欢它在章节末尾设置的“思考题集锦”部分，那些问题往往不是简单的知识点复述，而是要求读者进行批判性思维的综合运用，这无疑提升了书籍的实用价值。很多技术书籍读完后常常留下“只知其然，不知其所以然”的空虚感，但这本书似乎刻意避免了这一点。它强迫你停下来，真正去思考每一个数学模型背后的物理意义，这种深度的互动感，让这本书的知识吸收效率远超我预期的平均水平。

评分☆☆☆☆☆

初读此书，最令我震撼的并非是那些尖端的理论突破，而是作者对于历史脉络梳理的清晰度。他没有将量子通信视为凭空出现的空中楼阁，而是将其置于整个信息技术发展史的长河之中进行审视。这种宏观的视角极大地帮助我理解了，为何在当前这个信息安全日益脆弱的时代背景下，这类颠覆性的技术会应运而生，并成为下一代技术竞争的焦点。我注意到作者花了相当大的篇幅去探讨早期经典加密理论的局限性，那种分析既犀利又客观，毫不留情地指出了传统密码学在面对物理学新发现时的必然退场。阅读这些历史回顾，就像是在看一部精彩的科技编年史，让人不禁对那些先行者的智慧深感敬佩。更令人称道的是，作者在论述技术发展瓶颈时所展现出的那种深刻洞察力，他似乎总能提前预判到读者可能产生的疑问，并在恰当的时机给出富有启发性的解答，使得整个阅读体验流畅且富有层次感。

评分☆☆☆☆☆

从一个深度爱好者的角度来看，这本书的价值在于它巧妙地平衡了理论的深度与可及性。很多同类的专业书籍，要么为了追求学术的纯粹性而变得晦涩难懂，对普通读者关上了大门；要么为了迎合大众而流于表面，失去了实质性的内容。然而，这本书似乎找到了那个完美的黄金分割点。它毫不回避那些必须涉及的数学工具和物理定律，但同时，作者总能用一种近乎诗意的语言来解释这些冰冷的代码和公式背后的自然法则。我感觉自己好像在攀登一座宏伟的山峰，虽然路径曲折陡峭，但每当到达一个休息平台，都能俯瞰到令人惊叹的风景——那种豁然开朗的喜悦感，是阅读其他书籍很难体会的。这种行文的节奏感，使得冗长的学习过程变得不再那么枯燥，反而充满了期待下一次“顿悟”的乐趣。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧和印刷质量，可以说达到了收藏级的标准。纸张的选择触感温润，墨迹清晰锐利，即便是长时间在灯下阅读，眼睛也不会感到明显的疲劳。这对于一本涉及大量公式推导和复杂图表的专业书籍来说，是一个非常重要的细节。我观察到在处理一些涉及到三维空间表示的图例时，色彩的过渡和层次感处理得非常细腻，这在一定程度上弥补了平面阅读的局限性。更值得一提的是，这本书的索引系统做得极其完善，当我需要回顾某个特定概念时，能够迅速定位到相关内容，这极大地提高了查阅效率。总而言之，这不仅是一本知识的载体，更是一件制作精良的工艺品，体现了出版方对于知识传播载体应有态度的尊重。这种对物理实体的极致追求，让人更愿意将它摆在书架上最显眼的位置，时刻提醒自己去亲近和研读其中的智慧。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计本身就透露出一种深邃的科技感，那种深蓝与黑色的交织，仿佛将读者瞬间拉入了一个充满无限可能的未来世界。我拿到书的时候，就被那种厚重而精良的装帧质感所吸引，拿在手里沉甸甸的，预示着里面承载着不容小觑的知识分量。虽然我目前才翻阅了开篇的几个章节，但已经能感受到作者在构建理论框架时所下的苦功。他并没有急于抛出那些晦涩难懂的公式，而是选择了一种循序渐进的方式，从最基础的物理学原理出发，慢慢铺陈出整个宏大体系的蓝图。特别是对于一些核心概念的阐述，作者似乎总能找到一个绝妙的比喻，将原本抽象难懂的原理描绘得生动形象，让我这个非专业人士也能勉强跟上思路。我特别欣赏他那种严谨又不失温度的叙事风格，仿佛一位经验丰富的导师，耐心地引导着每一个初涉此领域的学习者，让人在感到挑战的同时，也充满了探索下去的勇气和期待。这种对细节的把控和对读者的体贴，使得阅读过程本身成为了一种享受，而非单纯的知识灌输。