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內容簡介

《量子保密通信引論》從應用的角度齣發，使用通俗的錶達方式，係統地論述瞭量子保密通信的基本原理、體係結構、係統實現等，並探討瞭量子保密通信技術在國防領域內的重要應用前景。全書共六章，主要內容包括保密通信概述、量子信息技術基礎、量子密鑰管理技術、量子保密通信體製、量子保密通信係統工程和量子保密通信與信息安全等。
《量子保密通信引論》內容深入淺齣、層次分明、通俗易懂，可作為信息安全、密碼學、通信和光通信、量子光學應用等相關學科的科研和工程技術人員的參考書，也可作為相關專業高等學校師生的參考書。

目錄

第1章 保密通信概述
1.1 神秘的古代密碼術
1.2 經典保密通信介紹
1.2.1 基於模運算的移位密碼
1.2.2 替換密碼
1.2.3 維吉尼亞密碼
1.2.4 Hill密碼
1.2.5 一次一密亂碼本
1.2.6 轉輪機
1.3 保密通信與戰爭
1.4 經典密碼學的發展曆程
1.4.1 經典密碼學文獻介紹
1.4.2 經典密碼學的發展階段
1.4.3 保密通信的基本要求
1.5 經典密碼理論介紹
1.5.1 密碼學基礎介紹
1.5.2 密碼通信協議介紹
1.5.3 經典信息論簡介
1.5.4 僞隨機序列與序列密碼
1.5.5 分組密碼
1.5.6 公鑰密碼
1.6 經典密碼的睏惑
1.7 量子信息的研究背景和現狀

第2章 量子信息技術基礎
2.1 數學基礎和量子態的錶示
2.1.1 矢量空間
2.1.2 內積空間
2.1.3 Hilbert空間
2.1.4 Dirac符號
2.1.5 Hermite算子與幺正算子
2.2 量子力學基本理論簡介
2.2.1 量子力學的基本假設
2.2.2 量子測量
2.2.3 量子的物理存在
2.3 量子信息的形式
2.3.1 量子態
2.3.2 量子糾纏態
2.3.3 GHZ態
2.4 量子信息的特性
2.4.1 量子不可剋隆與概率測量
2.4.2 存在隱匿的量子信息
2.4.3 稠密編碼
2.4.4 量子隱形傳態
2.5 量子糾錯碼簡介
2.5.1 量子糾錯與經典糾錯
2.5.2 量子糾錯的基本思想和方法
2.5.3 量子糾錯的基本原理
2.5.4 CSS量子糾錯碼
2.6 量子計算簡介
2.6.1 量子邏輯門
2.6.2 量子計算的並行性
2.6.3 Deutsch問題算法
2.6.4 Simon問題算法
2.6.5 Grovm‘量子搜索算法
2.6.6 Shor。量子因式分解算法
2.7 量子信息論簡介
2.8 量子測不準與量子通信
2.8.1 量子通信的特點
2.8.2 量子保密通信安全性

第3章 量子密鑰管理技術
3.1 經典密鑰管理技術介紹
3.1.1 經典密鑰的分類和産生
3.1.2 經典密鑰管理介紹
3.1.3 經典密鑰分發技術介紹
3.1.4 經典密鑰管理技術的局限性
3.2 量子密鑰協商（QKA）
3.2.1 基於非正交態的QKA
3.2.2 基於糾纏態的QKA
3.2.3 基於隱形傳態的QKA
3.3 QKA模型
3.3.1 協議模型
3.3.2 協議復雜性
3.3.3 密鑰的正確性驗證
3.3.4 QKA安全性分析
3.4 量子密鑰分發（QKD）
3.4.1 基於共享密鑰的QKD
3.4.2 基於稠密編碼的QKD
3.4.3 無共享秘密信息的QKD
3.5 量子密鑰協商／分發的局限性
3.6 量子密鑰分發網絡
3.6.1 網絡中的量子密鑰分發
3.6.2 量子網絡中的數據傳輸模式
3.7 量子密鑰的應用

第4章 量子保密通信體製
4.1 基於密鑰的保密通信方案介紹
4.1.1 經典OTP體製
4.1.2 量子OTP體製
4.2 量子保密直接通信協議介紹
4.2.1 “乒一乓協議
4.2.2 Two-StepQSDC協議
4.3 量子保密通信體製模型
4.3.1 量子通信的保密原理
4.3.2 量子直接通信編碼
4.3.3 量子保密通信方案
4.4 抗乾擾量子保密通信
4.5 量子保密通信網絡
4.6 量子身份識彆
4.6.1 身份識彆與零知識證明
4.6.2 基於量子隱形傳態的身份識彆
4.6.3 基於量子態身份的身份識彆
4.7 量子密碼介紹
4.7.1 量子對稱密碼算法
4.7.2 抗量子計算的非對稱密碼算法

第5章 量子保密通信係統工程
5.1 光通信係統
5.1.1 光通信概述
5.1.2 光縴通信係統簡介
5.1.3 光傳輸網絡
5.2 量子通信係統模型
5.3 量子隨機數發生器
5.3.1 隨機序列産生器和隨機性檢測
5.3.2 量子隨機數發生器實現原理
5.4 量子信號源
5.4.1 單光子係統
5.4.2 糾纏係統
5.5 量子信道與應用環境
5.5.1 光縴
5.5.2 自由空間
5.5.3 深水空間
5.6 同步與信號檢測
5.6.1 同步
5.6.2 信號檢測
5.7 量子中繼
5.7.1 基於量子隱形傳態的中繼方案
5.7.2 基於量子糾纏交換的中繼方案
5.8 量子態編碼和量子信息處理
5.8.1 乾涉和消相乾
5.8.2 偏振態編碼方案
5.8.3 相位編碼方案
5.8.4 量子誤碼率和通信效率
5.9 量子保密通信係統實例分析
5.9.1 平衡M-Z乾涉儀係統
5.9.2 雙非平衡M-Z乾涉儀係統
5.9.3 偏振自補償乾涉儀係統
5.10 高速量子保密通信係統的應用前景

第6章 量子保密通信與信息安全
6.1 量子保密通信與完全保密
6.2 量子保密通信發展趨勢探討
6.3 應用前景與技術挑戰
附錄A 術語和縮略語
附錄B 量子理論和量子信息的重要突破年代
參考文獻

精彩書摘

人類的各種社會活動都與通信有著密切聯係，社會越進步，對通信的依賴程度就越大，尤其是在信息社會，一個國傢乃至整個世界的社會、軍事、政治、經濟的正常運轉和秩序維護都離不開通信。在當今這個紛繁復雜的人類社會，各種邪惡勢力、潛在敵人和黑客等為瞭得到一個國傢各個領域內的重要情報，從未間斷過針對各種通信的竊聽、監控和破譯。在這種情況下，每個國傢都不得不采用越來越先進的保密通信技術，以確保國傢正常的保密通信不受現實威脅。保密通信是維護國傢安全的一個必要技術手段，也是一個十分重要的科學研究領域，有著十分悠久並且充滿神秘的曆史，它隨著技術的發展和進步不斷得到提高和完善。
本章分彆對保密通信的幾個重要發展階段、經典密碼在戰爭中所扮演的傳奇作用、經典密碼學基本理論、經典密碼所麵臨的技術睏難與挑戰以及量子保密通信的發展契機等進行瞭介紹。
1.1 神秘的古代密碼術
“天機不可泄露”在當今是一個被泛用的詞語，然而它的真正含義卻是十分嚴肅的，一件東西或者一個消息之所以被稱為“天機”，說明它是“神聖”的東西，不能主動或被動地對他人泄露其中的任何秘密，必須用忠誠甚至生命去捍衛它的安全。在商業競爭中，一個公司或者單位的“天機”意味著能否在競爭中取得主動地位；在戰爭中，有關軍隊戰略部署和戰術的“天機”關係著前沿陣地將士們的生命安全和戰爭的結局，甚至整個國傢的興衰。因此，為瞭確保“天機不可泄露”，從古至今，人們對如何實現這個目標的追求從未間斷過，而確保“天機不可泄露”的主要技術手段就是形式多樣的密碼技術或者保密通信技術。
現實世界裏保密的形式隨著文明的發展程度、應用群體（士兵、外交官、寫日記的人等）和應用目的等因素的不同而變化多樣，保密通信的核心技術——密碼技術因主要被用於保護一些“不宜”公開的“重要”信息而顯得十分神秘，雖然它的起源缺少詳細記載，但是密碼技術在它幾韆年發展曆程中卻始終與人類戰爭緊密相連。
在公元前5世紀，古希臘的斯巴達人將皮條緊緊纏繞在特定尺寸的木棍子上，再把密信自上而下地寫在皮條上；然後再把皮條解開並通過信使或者信鴿等送給目標接收者。皮條的接收者隻需要把皮條重新纏繞在相同尺寸的木棍上，就可以讀齣其中的信息。而在不知道木棍尺寸的情況下，這些皮條上的文字是毫無意義的，由此達到保密通信的目的。這就是有記載的最早使用的保密通信器械，並且稱之為“天書”。由於當時文明程度和技術條件限製，“天書”的應用基本上是手工作業，遠距離通信依賴信鴿或信使等。

前言/序言

　　在信息技術快速發展的今天，信息安全已不再是單純的通信保密，而是一個涉及數學、物理、生物、化學、信息論、計算機和通信技術等諸多學科知識的綜閤學科，是一個融閤信息的保密性、完整性、可用性、可控性和不可否認性為一體的綜閤體係，然而，對於長期睏擾信息安全的完全保密、身份識彆和竊聽檢測等問題並未得到徹底解決。又因為在經典領域不可能有天然的保密信道，也很難實時發現各種入侵攻擊，所有這些問題的徹底解決都需要新的保密通信技術。
　　近年來，隨著人們對量子計算和量子信息的深入研究以及對信息係統安全需求的快速增長，科學傢們發現瞭量子現象在信息科學中的許多新的應用，由於量子信息技術在提高信息處理速度、確保信息安全、增大信息容量和提高檢測精度等方麵有著經典信息技術無法比擬的潛在技術優勢，得到瞭快速發展並且得到瞭廣泛關注。研究錶明，完全保密的、物理安全的保密通信技術——量子密鑰分發（QKD）將是最可能首先投入使用的量子信息技術。
　　為什麼要研究量子密鑰分發？為什麼要研究量子保密通信？量子通信能否突破經典通信的距離和速率極限？假如到2030年左右，量子計算機研究取得重大突破並開始投入使用，256比特密鑰的對稱密碼算法將不安全，RSA等非對稱密碼算法也將不安全！經典密碼體製已經不能為信息係統提供安全性保證的情況下，人們如何保護他們的通信安全，國傢又如何保護國防、軍事、金融等重要領域內的信息安全？這是本書力求迴答的主要問題。
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