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第1章 量子力学基础知识 1

1.1 基本概念 1

1.1.1 状态空间和量子态 1

1.1.2 完备正交基 2

1.1.3 量子比特 3

1.1.4 算子 4

1.1.5 测量 6

1.1.6 表象及表象变换 7

1.1.7 密度算子 9

1.1.8 Schmidt分解和纠缠态 11

1.1.9 纠缠交换 12

1.1.10 密集编码 12

1.2 基本原理 13

1.2.1 测不准原理 13

1.2.2 量子不可克隆定理 13

1.2.3 非正交量子态不可区分定理 14

本章参考文献 14

第2章 量子密钥分发 16

2.1 能够抵抗集体噪声的安全BB84改进方案 17

2.1.1 截获重发攻击下的DF-BB84协议 18

2.1.2 改进方案 19

2.1.3 结束语 26

2.2 高效的反事实量子密钥分发方案 26

2.2.1 反事实QKD协议原理 26

2.2.2 改进的高效的反事实QKD协议 28

2.2.3 结束语 31

2.3 单光子联合检测的多方量子密码协议 31

2.3.1 三方QKD协议 32

2.3.2 超密编码攻击方案 33

2.3.3 三方QKD协议改进 37

2.3.4 单光子联合检测多方量子密码协议模型 39

2.3.5 结束语 42

2.4 联合检测的抗集体噪声的多用户量子密钥分发协议 42

2.4.1 构造MQCP-CD中酉正操作的方法 42

2.4.2 星形网络结构的基于单粒子和联合测量的MQKD协议 45

2.4.3 安全性分析 50

2.4.4 结束语 52

2.5 利用选择测量基编码的量子密钥分发协议 52

2.5.1 KMR13协议回顾 52

2.5.2 基于KMR13的QKD协议 53

2.5.3 安全性证明 54

2.5.4 结束语 60

2.6 诱骗态量子密钥分发的有限密钥分析 60

2.6.1 量子密钥分发模型 60

2.6.2 偏差估计 62

2.6.3 安全密钥界 63

2.6.4 实验实现 65

2.7 测量设备无关的量子密钥分发协议的安全性分析 67

2.7.1 MDI QKD协议过程 67

2.7.2 有限密钥安全性分析 68

2.7.3 模拟结果 72

2.7.4 结束语 75

本章参考文献 75

第3章 量子秘密共享 82

3.1 基于集体窃听检测的多方量子秘密共享协议 83

3.1.1 三方QSS协议 83

3.1.2 安全性分析 84

3.1.3 多方QSS协议 92

3.1.4 结束语 93

3.2 动态量子秘密共享 93

3.2.1 拟星形Cluster态 93

3.2.2 经典信息的动态共享 94

3.2.3 量子信息的动态共享 99

3.2.4 结束语 102

3.3 利用局域操作和经典通信的量子秘密共享 102

3.3.1 在高维系统中量子态的局域区分性 103

3.3.2 LOCC-QSS协议 105

3.3.3 结束语 110

3.4 对KKI量子秘密共享协议的安全性分析 110

3.4.1 KKI协议简介 111

3.4.2 安全性分析 112

3.4.3 结束语 116

3.5 一类利用单光子的量子秘密共享协议的安全性 116

3.5.1 一般模型 117

3.5.2 安全性条件 117

3.5.3 安全协议的构造方法 119

3.5.4 结束语 121

本章参考文献 121

第4章 量子安全多方计算 124

4.1 量子百万富翁协议 124

4.1.1 协议描述 125

4.1.2 安全性分析 128

4.1.3 与现有方案的比较 129

4.1.4 结束语 130

4.2 抗集体噪声的联合测量保密比较协议 131

4.2.1 利用单光子和联合测量的QPC协议 131

4.2.2 与现有方案的比较 133

4.2.3 能够抵抗集体噪声的鲁棒QPC协议 133

4.2.4 安全性分析 136

4.2.5 结束语 138

4.3 量子匿名排序 139

4.3.1 安全单方单数据排序 139

4.3.2 半诚实模型下的量子匿名多方多数据排序协议 140

4.3.3 基于量子密钥共享的量子匿名多方多数据排序协议 142

4.3.4 基于量子密钥分发的量子匿名多方多数据排序协议 145

4.3.5 协议的安全性分析 146

4.3.6 结束语 153

4.4 注记 154

本章参考文献 154

第5章 量子保密查询 157

5.1 基于量子密钥分配的灵活的量子保密查询方案 158

5.1.1 协议描述 158

5.1.2 安全性分析 161

5.1.3 结束语 164

5.2 基于不均衡态BB84QKD的实用量子保密块查询方案 164

5.2.1 不均衡态BB84量子密钥分发技术 165

5.2.2 量子保密块查询协议 167

5.2.3 安全性分析 168

5.2.4 结束语 172

5.3 基于单光子多脉冲态的量子保密查询方案 172

5.3.1 利用单光子多脉冲的信息编码方式 172

5.3.2 协议描述 173

5.3.3 安全性分析 175

5.3.4 结束语 177

5.4 具有抗联合测量攻击性能的实用量子保密查询方案 177

5.4.1 协议描述 178

5.4.2 安全性分析 178

5.4.3 结束语 183

5.5 量子保密查询中不经意密钥的后处理 183

5.5.1 稀释方法 184

5.5.2 改进稀释方法的安全性分析 185

5.5.3 纠错方法 191

5.5.4 结束语 196

5.6 注记 197

本章参考文献 197

第6章 量子签名 201

6.1 仲裁量子签名基础知识和典型方案 202

6.1.1 未知量子态相等性比较技术 202

6.1.2 量子加密算法 203

6.1.3 典型仲裁量子签名方案介绍 205

6.1.4 小结 208

6.2 仲裁量子签名的安全性分析 209

6.2.1 用Bell态的AQS方案的分析 209

6.2.2 不用纠缠态的AQS方案的分析 211

6.2.3 讨论 212

6.2.4 小结 212

6.3 仲裁量子签名安全性再分析 213

6.3.1 Choi加密算法的脆弱性分析 213

6.3.2 一般性加密算法的脆弱性分析 215

6.3.3 小结 219

6.4 提高仲裁量子签名安全性的策略 219

6.4.1 特定条件下的Choi加密算法改进 219

6.4.2 一般情况下的改进加密算法设计 223

6.4.3 小结 226

6.5 仲裁量子群签名方案的安全性分析 226

6.5.1 针对Wen的Bell态仲裁量子群签名方案分析 226

6.5.2 针对Xu的非纠缠态仲裁量子群签名方案分析 229

6.5.3 讨论 231

6.5.4 小结 232

6.6 基于对称密钥的量子公钥密码 232

6.6.1 对GMN方案的安全性分析 233

6.6.2 基于量子加密的QPKC 234

6.6.3 安全性分析 236

6.6.4 讨论与结论 237

6.7 本章总结 238

本章参考文献 239

第7章 量子匿名通信 242

7.1 预备知识 242

7.2 匿名接收者的量子传输 244

7.2.1 协议描述 244

7.2.2 协议分析 245

7.2.3 结束语 247

7.3 完全匿名的量子传输 247

7.3.1 协议描述 248

7.3.2 协议分析 250

7.3.3 结束语 252

7.4 基于量子一次一密的匿名量子通信 252

7.4.1 协议描述 252

7.4.2 协议分析 253

7.4.3 结束语 255

7.5 自统计量子匿名投票 256

7.5.1 量子资源 256

7.5.2 协议描述 257

7.5.3 协议分析 259

7.5.4 协议扩展 263

7.5.5 结束语 264

本章参考文献 264

第8章 可验证的量子随机数扩展协议 267

8.1 设备无关的量子随机数扩展 267

8.2 放松假设条件对半设备无关随机数扩展协议的影响 269

8.2.1 半设备无关模型描述 269

8.2.2 模拟量子相关性 271

8.2.3 结束语 275

8.3 半设备无关随机数扩展协议的安全性 276

8.3.1 在理想的条件下的解析关系 276

8.3.2 实际条件下的解析关系 277

8.3.3 刻画非经典相关的程度 278

8.3.4 结束语 282

8.4 提高半设备无关随机数扩展协议中可验证的随机性 282

8.4.1 利用全部观测值量化随机性 284

8.4.2 结束语 289

8.5 半设备无关部分自由随机源的随机性增强方案 289

8.5.1 模型简介 289

8.5.2 可行域和随机性认证 290

8.5.3 解析函数 294

8.5.4 结束语 298

8.6 基于3→1QRAC的半设备无关部分自由随机源随机性扩展协议 298

8.6.1 可行域 299

8.6.2 随机性认证和解析函数 301

8.6.3 结束语 303

8.7 测量相关对广义CHSH-Bell测试在单轮和多轮情况的影响 303

8.7.1 单轮场景 304

8.7.2 多轮场景 309

8.7.3 结束语 315

本章参考文献 315