第1章 保密通信概述 1
1.1 神秘的古代密码术 1
1.2 经典保密通信介绍 2
1.2.1 基于模运算的移位密码 3
1.2.2 替换密码 4
1.2.3 维吉尼亚密码 6
1.2.4 Hill密码 7
1.2.5 一次一密乱码本 8
1.2.6 转轮机 8
1.3 保密通信与战争 9
1.4 经典密码学的发展历程 11
1.4.1 经典密码学文献介绍 11
1.4.2 经典密码学的发展阶段 12
1.4.3 保密通信的基本要求 13
1.5 经典密码理论介绍 14
1.5.1 密码学基础介绍 14
1.5.2 密码通信协议介绍 17
1.5.3 经典信息论简介 22
1.5.4 伪随机序列与序列密码 27
1.5.5 分组密码 30
1.5.6 公钥密码 31
1.6 经典密码的困惑 33
1.7 量子信息的研究背景和现状 34
第2章 量子信息技术基础 37
2.1 数学基础和量子态的表示 37
2.1.1 矢量空间 37
2.1.2 内积空间 38
2.1.3 Hilbert空间 38
2.1.4 Dirac符号 38
2.1.5 Hermite算子与幺正算子 39
2.2 量子力学基本理论简介 39
2.2.1 量子力学的基本假设 40
2.2.2 量子测量 42
2.2.3 量子的物理存在 43
2.3 量子信息的形式 44
2.3.1 量子态 44
2.3.2 量子纠缠态 46
2.3.3 GHZ态 47
2.4 量子信息的特性 49
2.4.1 量子不可克隆与概率测量 49
2.4.2 存在隐匿的量子信息 50
2.4.3 稠密编码 51
2.4.4 量子隐形传态 52
2.5 量子纠错码简介 53
2.5.1 量子纠错与经典纠错 53
2.5.2 量子纠错的基本思想和方法 54
2.5.3 量子纠错的基本原理 56
2.5.4 CSS量子纠错码 58
2.6 量子计算简介 61
2.6.1 量子逻辑门 62
2.6.2 量子计算的并行性 64
2.6.3 Deutsch问题算法 65
2.6.4 Simon问题算法 66
2.6.5 Grover量子搜索算法 67
2.6.6 Shor量子因式分解算法 68
2.7 量子信息论简介 72
2.8 量子测不准与量子通信 73
2.8.1 量子通信的特点 73
2.8.2 量子保密通信安全性 74
第3章 量子密钥管理技术 76
3.1 经典密钥管理技术介绍 77
3.1.1 经典密钥的分类和产生 78
3.1.2 经典密钥管理介绍 80
3.1.3 经典密钥分发技术介绍 80
3.1.4 经典密钥管理技术的局限性 84
3.2 量子密钥协商（QKA） 86
3.2.1 基于非正交态的QKA 87
3.2.2 基于纠缠态的QKA 89
3.2.3 基于隐形传态的QKA 92
3.3 QKA模型 93
3.3.1 协议模型 93
3.3.2 协议复杂性 95
3.3.3 密钥的正确性验证 95
3.3.4 QKA安全性分析 96
3.4 量子密钥分发（QKD） 100
3.4.1 基于共享密钥的QKD 101
3.4.2 基于稠密编码的QKD 101
3.4.3 无共享秘密信息的QKD 102
3.5 量子密钥协商／分发的局限性 102
3.6 量子密钥分发网络 104
3.6.1 网络中的量子密钥分发 104
3.6.2 量子网络中的数据传输模式 105
3.7 量子密钥的应用 105
第4章 量子保密通信体制 107
4.1 基于密钥的保密通信方案介绍 108
4.1.1 经典OTP体制 108
4.1.2 量子OTP体制 109
4.2 量子保密直接通信协议介绍 113
4.2.1 “乒-乓协议” 114
4.2.2 Two-Step QSDC协议 117
4.3 量子保密通信体制模型 118
4.3.1 量子通信的保密原理 118
4.3.2 量子直接通信编码 120
4.3.3 量子保密通信方案 121
4.4 抗干扰量子保密通信 123
4.5 量子保密通信网络 125
4.6 量子身份识别 126
4.6.1 身份识别与零知识证明 127
4.6.2 基于量子隐形传态的身份识别 129
4.6.3 基于量子态身份的身份识别 129
4.7 量子密码介绍 131
4.7.1 量子对称密码算法 131
4.7.2 抗量子计算的非对称密码算法 132
第5章 量子保密通信系统工程 133
5.1 光通信系统 133
5.1.1 光通信概述 134
5.1.2 光纤通信系统简介 135
5.1.3 光传输网络 135
5.2 量子通信系统模型 136
5.3 量子随机数发生器 137
5.3.1 随机序列产生器和随机性检测 137
5.3.2 量子随机数发生器实现原理 138
5.4 量子信号源 139
5.4.1 单光子系统 139
5.4.2 纠缠系统 142
5.5 量子信道与应用环境 142
5.5.1 光纤 143
5.5.2 自由空间 143
5.5.3 深水空间 143
5.6 同步与信号检测 144
5.6.1 同步 144
5.6.2 信号检测 145
5.7 量子中继 146
5.7.1 基于量子隐形传态的中继方案 146
5.7.2 基于量子纠缠交换的中继方案 146
5.8 量子态编码和量子信息处理 147
5.8.1 干涉和消相干 147
5.8.2 偏振态编码方案 149
5.8.3 相位编码方案 150
5.8.4 量子误码率和通信效率 151
5.9 量子保密通信系统实例分析 152
5.9.1 平衡M-Z干涉仪系统 152
5.9.2 双非平衡M-Z干涉仪系统 154
5.9.3 偏振自补偿干涉仪系统 157
5.10 高速量子保密通信系统的应用前景 158
第6章 量子保密通信与信息安全 159
6.1 量子保密通信与完全保密 159
6.2 量子保密通信发展趋势探讨 160
6.3 应用前景与技术挑战 161
附录A 术语和缩略语 163
附录B 量子理论和量子信息的重要突破年代 164
参考文献 166