多媒体数据网络传输关键技术之三：量子密钥分发

多媒体数据网络传输关键技术之三：量子密钥分发量子密钥分发软件学院朱宏峰2011.5.24QuantumKeyDistributionSandyBridge新品七连发Intel今天更新官方价格表，正式加入了七款新型号处理器，全部基于SandyBridge架构，而且其中四款都冠以奔腾的名号。

Corei5-2310：在Corei5-2300的基础上原始主频提升100MHz而达到2.9GHz，TurboBoost动态加速频率也因此升至3.2GHz，其它完全不变，售价也维持在177美元，显然将直接取代后者。

Corei3-2105：相比于Corei3-2100处理器部分不变，集成图形核心从六个执行单元的HDGraphics2000升级(解锁?)为十二个单元的HDGraphics3000，频率还是850-1100MHz，3D性能自然更好。价格标为134美元，贵了17美元。

Corei5-2405S：同上类似也是图形核心升级为HDGraphics3000，价格也上涨了10美元而达到205美元。

不同于Corei5/i3系列新品只是现有型号的增强型变种，四款奔腾都是全新型号，比上一代的PentiumG6900系列有了底层架构上的本质不同，比如支持SSE4指令集、DDR3-1333内存(仅限G800系列)，不过因为面向入门级市场，很多新特性都被屏蔽了，包括HT超线程、TurboBoost2.0动态加速、AVX/AES指令集、3D加速、QuickSync视频转码、InTru3D立体、ClearVideoHD高清解码等等。

PentiumG850：双核心，双线程，主频2.9GHz，三级缓存3MB，集成图形核心HDGraphics2000,

频率850-1100MHz，热设计功耗65W，标价86美元。

PentiumG840：主频降至2.8GHz，其它不变，标价75美元。

PentiumG620：主频降至2.6GHz，内存支持也降至DDR3-1066，其它同上，标价64美元。

PentiumG620T：主频继续降至2.2GHz，热设计功耗也仅为35W，属于节能型的低功耗版本，标价70美元。几则新闻超高性能PCI-E固态硬盘再现新势力消费级的固态硬盘基本都采用SATA接口，而在高性能存储市场上则是PCI-E接口的天下。来自美国德克萨斯的TexasMemorySystems,Inc.(TMS)公司今天又推出了新款第七代产品“RamSan-70”(开发代号Gorilla)，采用半高、半长造型的PCI-E扩展卡形式，单卡就相当于一整套存储系统。

RamSan-70用PCI-E2.0x8系统总线接口，第一次使用了新的Series-7FlashController控制器。它基于高性能XilinxFPGA芯片和PowerPC处理器，可处理所有闪存管理功能，无需CPU处理器的干预，同时还集成了TMS公司专利的可靠性技术，以及芯片级RAID、高级ECC算法等企业级可靠性功能，使得产品使用寿命长达6-10年。SLCNAND闪存芯片来自东芝，32nm工艺制造，总容量640GB或者1280GB，其中640GB来自主卡、640GB来自扩展子卡，不过实际可用容量为450GB或者900GB，另外17％的容量被用作写入加速和ECC、RAID两级数据保护。性能方面，最大带宽2GB/s，读取性能330000IOPS、写入性能160000IOPS。RamSan-70将于4-8周内供货，主要面向OEM存储厂商，具体价格未公布。超高性能PCI-E固态硬盘再现新势力Abee

发布新款HTPC机箱CS515Abee

近日发布了一款

HTPC机箱“acubicCS515”，可以水平、斜向双方向放置以及多款不同的涂装颜色，十分贴合玩家的家居环境。

机箱参数：

170高x340宽x250深（mm），重约3.8kg

对应主板：Mini-ITX

对应电源：SFX规格标准电源

材质：3mm（前面板）,2mm（四周罩子）厚铝合金

硬盘位：3.5吋HDDx2,2.5吋HDDx1

售价折合RMB4000元重头新闻2011-05-23：量子计算机首次正式投入商用要价一千万美元加拿大量子计算公司D-Wave近日正式发布了全球第一款商用型量子计算机“D-WaveOne”，量子电脑的梦想距离我们又近了一大步。D-Wave公司的口号就是——“Yes,youcanhaveone.”。其实早在2007年初，D-Wave公司就展示了全球第一台商用实用型量子计算机“Orion”(猎户座)，不过严格来说当时那套系统还算不上真正意义的量子计算机，只是能用一些量子力学方法解决问题的特殊用途机器。时隔四年之后，D-WaveOne终于脱胎换骨、正式登场。它采用了128-qubit(量子比特)的处理器，四倍于之前的原型机，理论运算速度已经远远超越现有任何超级电子计算机。不过呢，也别太兴奋，这个大家伙现在还只能处理经过优化的特定任务，通用任务方面还远不是传统硅处理器的对手，而且编程方面也需要重新学习。D-WaveOne在散热方面的要求也非常苛刻，必须由液氦全程保护，但这至少比原型机离不开接近绝对零度的液氮好多了。最后就是价格，D-WaveOne目前的售价高达10000000美元，也就是一千万美元。这绝对是天价中的天价了，不过也是新技术开端的必然，就像当初的第一台电子计算机ENIAC造价就有40万美元(二十世纪四十年代的40万美元)D-WaveOne量子计算机系统与D-Wave公司创始人兼CTOGeordieRoseD-WaveCEOVernBrownell我的总结

1.量子密码很好介入，你把它当成计算密码的一个新的、黑盒工具引入即可。但需注意的是：在设计量子签名协议时,应该充分利用量子性质来解决问题,以达到无条件安全。如果再把基于经典密码的计算难题引入到量子数字签名协议中来,这就失去了本来意义。

2.量子计算机两大困难：一是如何制造大量的量子存储器；二是如何保值量子状态

3.比较一个比特时窃听者不被发现的概率为75%比较100个比特时窃听者不被发现的概率就降为3.2×10-13。我的总结

4.量子算法使这个NP问题（分解大数）转化为P问题。

P类（确定性多项式时间）；NP类（非确定性多项式时间）；NPC类（NP完全类）。NP类难题表示只有稀疏证据的非确定性多项式时间问题：这里的稀疏证据指，在一个NP问题的计算树中，识别序列个数相对于序列总数而言是一个可忽略的量。

5.若实现了量子计算机，一个300个量子存储器的量子计算机就能够模拟宇宙的进化，一个拥有n个量子寄存器量子计算机，其并行能力是经典计算机的2^n倍！

6.量子密码应用：1.量子密钥的分配和存储；2.公共决定；3.消息认证；4.位承诺；5.隐形传输第一章序言1.1量子信息学的产生现有信息系统的功能已接近于极限值信息科学的进一步发展必须借助于新的原理和新的方法量子力学是否能取代经典力学，突破现有的经典信息系统的极限？于是量子信息学应运而生第一章序言量子力学信息科学量

子

信

息

学量子通信量子计算机量子

密码术

1.2

量子信息学的分支第二章量子密码术2.1什么是量子？量子本身的意思是指物质和能量的最小单位微观世界中，某些物理量的 变化是以最小的单位

(即量子)跳跃式进行的， 而不是连续的。原子光子电子微观世界第二章量子密码术2.2量子如何承载信息信息载体可用于承载信息的载体主要有光子、微弱激光脉冲、压缩态光信号等光子的偏振(可理解为水平向量与垂直向量的线性组合)xy第二章量子密码术线偏振

圆偏振E播传方向振动面圆偏振光第二章量子密码术量子编码偏振编码(通常采用此种编码方式)例如我们规定O。

和135。

的偏振态表示比特O，45。

和90。

的偏振态表示比特1相位编码时间编码频率编码第二章量子密码术量子比特在量子信息论中，信息的载体不再是经典比特(它只有两种状态0、1)，而是一个一般的二态量子体系，称为量子比特(两个逻辑态的叠加态)二态

|ψ>=c0|0>+c1|1>

其中：c0，c1为复数

且满足归一化条件|c0|2+|c1|2=1

|0>与|1>称为计算基态。态|ψ>处于态|0>的几率是|c0|2

，处于态|1>的几率是|c1|2

第二章量子密码术布洛赫球Bloch-sphere|ψ>=cos(θ/2)|0>+eiφsin(θ/2)|1>0≤θ≤π,0≤φ≤2π01布洛赫球ψyzθφx第二章量子密码术信息量子化的特性量子态的叠加性量子相干性量子纠缠性量子不可克隆定理第二章量子密码术2.3量子计算机量子计算机是一类遵循量子力学规律并行进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子并行计算能力来自于量子态的叠加性例如两个量子位可以同时代表所有两位组合(00\01\10\11)第二章量子密码术量子计算机的优势：运算速度快存储量大搜过功能强安全性高第二章量子密码术2.4量子加密什么是量子加密？利用量子技术来传送秘密钥匙在1989年，IBM的班奈特和同事进行了一项开创性的实验。他们根据量子力学的原理，展示了一种新的密码技术。在这个实验里，他们让光子在一个昵称为“玛莎阿姨的棺材”的光密盒里走了30公分。光子振荡（偏振化）的方向，代表一连串量子位元里的0与1。量子位元构成密码的“钥匙”，可以对讯息加密或解密。第二章量子密码术量子加密的安全性海森堡测不准原理同一时刻以相同精度测定量子的位置与动是不可能的，只能精确测定两者之一。单量子不可复制定理

在不知道量子状态的情况下复制单个量子是不可能的，因为要复制单个量子就只能先作测量，而测量必然改变量子的状态。物理性质决定了量子加密的“绝对”安全第二章量子密码术量子纠缠以两颗以相反方向、同样速率等速运动之电子为例，即使一颗行至太阳边，一颗行至冥王星，如此遥远的距离下，它们仍保有特别的关联性；亦即当其中一颗被操作（例如量子测量）而状态发生变化，另一颗也会即刻发生相应的状态变化。如此现象导致了“鬼魅似的远距作用”。correlation关联性第二章量子密码术2.4量子加密与传统加密传统加密方式以数学计算(例如大数分解)为基础量子加密则以量子力学为基础时间t数学难题(大数分解)被破解量子力学理论被破解量子计算机的产生传统加密量子加密适应不再适应适应不再适应？新的物理理论的产生？？第三章量子密钥分发3.1量子密钥分发(QuantumKeyDistribution)量子密钥分发是量子密码学中研究最早、理论和实验成果最多的一个研究领域。研究方向基于连续变量QKD的理论和实验研究高速率、高性能的QKD理论和技术研究第三章量子密钥分发量子密钥研究方案基于两种共轭基的四态方案,其代表为BB84协议基于两个非正交态的两态方案,如B92协议基于EPR悖论的EPR对方案,由Ekert于1991年提出,称为EPR协议或E91协议基于正交态的密钥分配方案,其基础为正交态的不可克隆定理第三章量子密钥分发3.2量子密钥分发的发展1984年，贝内特和布拉萨德提出了第一个量子密码术方案，称为BB84方案1989年，Bennett等人成功演示量子密码钥匙分配(传输距离只有30厘米)1992年，Bennett指出可以只用两个非正交偏振态来实现密钥分配，即B92协议，这是一种简单但效率减半的协议第三章量子密钥分发1993年，瑞士日内瓦大学的研究人员于采用BB84协议，成功完成了在1.1公里长的光纤中传输1.3微米波长的量子光信号的实验1995年，中科院采用BB84协议进行了演示实验1999年，瑞典和日本在成功地进行了40公里的量子密码通信实验2000年，美国的JohnsHopkins大学第一次成功的实现了225m长的自由空间密钥分配实验，误码率为2%比特率为1kb/s第三章量子密钥分发2003年，瑞士的idQuantique公司以及美国的MagiQ公司都开发了可以传送量子密钥的保密通信系统2003年7月，中国科学技术大学的研究人员成功铺设了一条总长为3．2公里的量子密码通信系统2004年6月，在美国马萨诸塞州剑桥城建立了第一个量子密码通信网络，该系统连接了六个网络节点。该系统的正式运行，标志着量子密码通信技术巳进入实际的应用阶段第三章量子密钥分发2006年，我国中科院量子信息重点实验室成功地设计了高稳定性的量子密钥分配方案，实现了150公里的室内量子密钥分配，并实现了长期误码率低于6%的125公里的室外量子密钥分配。2009年5月4日，中科大潘建伟带领的团队在合肥建成世界上第一个光量子电话网第三章量子密钥分发3.3量子密钥分发系统模型系统的组成单光子源量子传输信道单光子探测器第三章量子密钥分发加密算法解密算法AliceBob单光子源单光子探测器传统信道(电话网或因特网)量子信道(光纤或自由空间)密钥密钥明文明文第四章BB84协议4.1基于两种共轭基的四态方案协议采用四个非正交态作为量子信息态，且这四个态分属于两组共轭基，每组基内的两个态是相互正交的。xyO。

045。

190。

1135。

0第一组第二组共轭第四章BB84协议4.2协议操作步骤(1)发送：发送方Alice随机地调制单光子的偏振方向，以便随机地选择四种可能的偏振态的单光子发送给接收者Bob。通信双方约定将

编码为“0”，

编码为“1”。(2)选基：Bob随机地独立选择线偏振基或圆偏振基测量该光子的偏振态第四章BB84协议Alice发送”1”Bob选择+垂直偏振基来测量Bob能100%测对Alice发送”1”Bob选择×对角偏振基来测量Bob只能以50%的概率测对Bob测得”1”Bob测得”0”第四章BB84协议(3)测量：接收者Bob记录下测量的结果及对应的测量基。测量结果包括三部分：未检测到光子(由于损耗和探测效率等问题导致一些态未被检测到在表1中以空格表示)、选择了错误