Разработка и исследование интерактивного алгоритма обработки информации для протоколов квантовой криптографии

• Автор: Курицын, Константин Александрович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 160 с. : ил.

Оглавление
Введение

1. Алгоритмы обработки информации для протоколов квантовой криптографии

1.1. Введение

1.2. Квантовый канал

1.2.1. Квантовое распределение ключа с одиночными частицами

1.2.2. Квантовое распределение ключа с помощью перепутанных

состояний.

1.3. Открытый канал

1.3.1. Исправление ошибок .

1.3.2. Усиление секретности

1.4. Экспериментальные реализации
1.5. Выводы по главе.
2. Разработка и исследование каскадного алгоритма обработки квантовой информации
2.1. Протокол согласования ключа.
2.1.1. Интерактивная схема обработки информации
2.1.2. Алгоритм обработки информации, основанный на каскадной схеме.
2.1.3. Анализ базового интерактивного алгоритма
2.1.4. Анализ интерактивного алгоритма, основанного па каскадной схеме.
2.2. Выводы по главе.
3. Оценка качества протокола согласования ключа
3.1. Введение
Оглавление
3.1.1. Критерий секретности
3.2. Секретность протокола против некогерентных атак
3.3. Секретность протокола против когерентных атак
3.3.1. Качество перепутывания
3.3.2. Коды, исправляющие квантовые ошибки и КШСкоды .
3.3.3. Протокол на основе КШСкода
3.3.4. Протокол на основе перепутанных состояний
3.3.5. Выделение перепутывания
3.3.6. Приведение протокола с очищением перепутывания к протоколу ВВ
3.4. Выводы по главе.
4. Моделирование
4.1. Количественные оценки для реальных применений.
4.2. Моделирование.
4.3. Выводы по главе.
Заключение
Основные публикации по теме диссертации
. Атаки злоумышленника
А.1. Некогереитные атаки.
А.2. Когерентные атаки
А.З. Некогерентные атаки в реальных системах.
А.3.1. Уровень ошибки после квантовой передачи данных
А.3.2. Атаки на одиофотонные сигналы
А.3.3. Атаки на многофототше сигналы
А.3.4. Исправление ошибок и усиление секретности
. КШСкоды
. Очищение перепутывания
С.1. Локальные и билатеральные операции
С.2. Процедура усиления квантовой секретности
Литература


Показана возможность использования предложенного алгоритма в протоколе квантового распределения ключа, обеспечивающего безусловную секретность. Теоретическая и практическая ценность. Предложенный интерактивный алгоритм обработки информации, позволяющий эффективно исправлять битовые ошибки практически во всех используемых схемах квантового распределения ключа, демонстрирует меньшее количество утекающей информации по сравнению с существующими интерактивными протоколами. Рассмотренный алгоритм с успехом может использоваться в протоколах квантовой криптографии, для которой характерен высокий уровень ошибки в ключах после передачи квантовых сигналов, и который не нарушает безусловную секретность протоколов квантового распределения ключа. Научные положения, выносимые на защиту. Алгоритм обработки информации, использующий интерактивное взаимодействие отправителя и получателя информации в открытом канале. Количественные оценки для интерактивных схем согласования в протоколах квантового распределения ключа. Доказательство безусловной секретности эквивалентного протокола квантового распределения ключа с предложенным алгоритмом обработки. Результаты анализа эффективности протокола с использованием предложенного алгоритма. Апробация работы. XIV Российской научно-технической конференции “Методы и технические средства обеспечения безопасности информации” — Санкт-Петербург, Россия, . Основные результаты работы неоднократно обсуждались на научном семинаре лаборатории квантовой информации, С-ПбГУАП. Публикации. По теме диссертации опубликовано работ, из них 6 статей в научных журналах и сборниках научных статей, 5 тезисов докладов на научных конференциях. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит рисунков и б таблиц. Список используемых источников включает 3 наименования. Первая глава посвящена изложению основных понятий теории квантовой информации и ее раздела - квантовой криптографии. В ней рассматриваются принципы передачи и обработки информации в протоколах квантовой криптографии. Описаны основные этапы протоколов квантового распределения ключа. Во второй главе рассмотрены интерактивные алгоритмы обработки информации в открытом капале для протоколов квантовою распределения (согласования) ключа. Произведены количественные оценки для одного из известных интерактивных алгоритмов. Предложен интерактивный алгоритм исправления ошибок на основе каскадной схемы и произведены оценки средней взаимной информации между законными участниками протокола и злоумышленником (утечки информации). В третьей главе приводится доказательство безусловной секретности протоколов квантового распределения ключей, использующих предложенный интерактивный алгоритм обработки информации. В четвертой главе производится моделирование предложенной схемы исправления ошибок, произведены оценки использования предложенного алгоритма для реальных квантово-криптографических систем. В заключении приведены результаты выполненного исследования. В приложениях приведены основные результаты из теории КШС-кодов, некоторые сведения о существующих методах анализа эффективности известных протоколов. Теория информации (математическая теория связи) является базой многих областей знаний и технических приложений, и в первую очередь таких, как передача и обработка информации, теория вычисления, криптография и других. В последние десятилетия появилась новая наука - теория квантовой информации, представляющая собой симбиоз классической теории информации и квантовой физики. Информация тесно связана с физическими объектами. Так, например, классическая теория информации может быть применима только в тех случаях, когда носителями информации являются классические объекты (даже если в глубине этих объектов квантовая природа). В квантовом мире эта классическая теория расширяется в более общую теорию квантовой информации [, , , , , , , ), которая рассматривает информационное содержание квантовой системы. Особенный интерес представляют процессы, когда информация кодируется в квантовые состояния, а затем снова декодируется в классическую информацию.