2017-2018-2 《密码与安全新技术》第一周作业
课程：《密码与安全新技术》
班级：2017级92班
学号：20179225
上课教师：谢四江
上课日期：2018年3月15日
必修/选修： 必修
学习内容总结：量子密码简介
根据薛定谔的猫原理告诉我们量子处于一种叠加的状态
研究的背景和意义
1 对称密码与非对称密码的优缺点
其中最显著的就是
对称密码加密速度快，但不安全
非对称密码加密速度慢，但比较安全
2 实际的应用
我们一般采取混合密码体制，公钥密码体制分发会话密码，用对称密码加密数据
3 量子计算
量子计算分为两大类：
- shor算法：提出大数分解。受影响最大的密码体制为RSA等大数公钥密码
- Grover算法：提出搜索无序数据库量子算法。使密钥搜索的时间复杂度在二次加速的基础上得到了进一步的提速
4 经典算法与量子算法计算能力对比
经典算法：运算时间随输入长度的增加成指数增长
量子算法：运算按多项式指数增长 其搜索是从N个未分类客体中寻找出某个特定的类
目前我们采用量子密钥分配（QKD）与一次一密相结合的加密方式
5 量子密码的特点
- 可以检测到潜在的窃听行为
- 基于物理学原理，理论上可以达到无条件的安全
基本物理概念
1 量子及量子态
- 量子
微观世界的某些物理量不能连续变化，而只能采取某些分离值，相邻分离值的差称为物理量的一个量子。
直观理解：具有特殊性质的微观粒子和光子（光子是光能量的最小单元） - 量子态
电子做稳恒的运动，具有完全确定的能量。这种稳恒的运动状态称为量子态。量子态是由一组量子数表征，这组量子数的数目等于粒子的自由度数。
经典信息 比特 0或1 可用高低电压表示
量子信息 量子比特
量子比特可处于不同状态的叠加态上
2 量子态的向量描述
| 0>=(0;1) |1>=(1;0) |0>与|1>相互正交
3 叠加态的性质
- 计算的并行性，强大的计算能力
- 不可克隆定理，未知量子态不可克隆
- 测不准原理，未知量子态不可准确测量
- 对未知量子态的测量可能会改变量子态
典型量子通信协议
BB84量子密钥分配协议
使用的四种量子态：|0>(零态) |1>(一态) |+>(加态) |->(减态)
量子通信的四个步骤：信息传输、窃听检测、纠错、保密增强
其中纠错以及保密增强是为了解决噪声问题
研究现状
两字密钥的分发：量子密钥为真随机数
技术优势：速率快、距离长、安全性高
量子特性
- 量子纠缠：EPR效应
- 单光子干涉实验
学习中的问题和解决过程
问题：shor算法是大数分解算法，Grover是什么算法呢？
解决过程：通过百度从文章中找到Grover算法提出搜索无序数据库量子算法。
问题：BB84量子密钥分配协议是什么？
解决过程：百度得到
BB84需要两条信道，一条量子信道，一条经典信道 （classical bit channel）。
也就是说，使用BB84时，必须保留对经典信道的使用，否则无法完成密钥协商。
协议的运行流程总结如下：
首先，Alice和Bob共享两个极化基(photom polorization bases) D和R；
D和R可以被理解为两台“机器”，他们都能各自生成和测量对应0，1的量子比特（quantum bit, qbit）
另一个关键就是，如果将D生成qbit给R进行测量，测量结果不可预测。也就是说，如果用R来测量由D生成的Qbit，测量结果的意义就和直接猜差不多。
资料来源 https://zhuanlan.zhihu.com/p/22474140
感悟、思考
之前只是经常听到说量子通信，但并没有了解量子通信是什么，怎么进行量子通信以及为什么量子通信会大大增强安全性。通过本节课的学习对量子通信有了大致了解，但是还有许多地方不能深刻理解，比如现状是什么，老师们是从哪方面下手去研究的等一些细致的地方。
通过写博客也发现记笔记非常重要能回忆起一些上课的内容，但是有些地方由于笔记记得不清楚导致自己记得东西都不能很好的理解。