量子通信變密鑰混沌加密
admin 量子通信中的密鑰設(shè)計(jì)是整個(gè)量子通信系統(tǒng)安全性的重要保障，傳統(tǒng)的密鑰設(shè)計(jì)方法采用固定密鑰，無法實(shí)現(xiàn)變密鑰加密，所以密鑰和通信內(nèi)容被破解的概率很高。提出一種基于色散評(píng)價(jià)的量子通信變密鑰混沌加密實(shí)現(xiàn)方法，每次通信時(shí)，從混沌學(xué)的角度提取所有待通信數(shù)據(jù)的深層次特征，然后形成本次通信的加密和解密密鑰，隨通信內(nèi)容的不同，系統(tǒng)密鑰實(shí)時(shí)變化，在接收端，通過密鑰和通信內(nèi)容的混沌匹配來實(shí)現(xiàn)解密，并采用色散特性對(duì)加密效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。
一、量子通信系統(tǒng)
1、量子密碼術(shù)
量子通信的加密方案原理如圖l所示。
量子通信時(shí)的公開密鑰建立和通信信道形成時(shí)的量子密碼網(wǎng)絡(luò)原理如圖2所示。
量子糾纏態(tài)是一種普通的量子常態(tài)，對(duì)量子分析的意義很大，量子糾纏態(tài)定義為：
另外附加態(tài)為：
如果上面的式(1)成立，為糾纏態(tài)，否則l”為非糾纏態(tài)。
假設(shè)兩個(gè)自旋為1／2的粒子，第1個(gè)量子的自旋態(tài)矢為lo）、11）l，第2個(gè)量子的自旋態(tài)為lo）、11）2，系統(tǒng)量子組成的二粒子系統(tǒng)的自旋可能出現(xiàn)的各狀態(tài)如下：
則基于此的量子通信系統(tǒng)定義為：
二、基于色散評(píng)價(jià)的量子通信混沌密鑰加密方案
1、量子通信加密系統(tǒng)的相空間重構(gòu)技術(shù)
假設(shè)量子通信系統(tǒng)加密序列
可以得到重構(gòu)后的量子通信系統(tǒng)的向量軌跡在多維相空間中的表示為：
N代表量子通信系統(tǒng)待加密數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。
2、基于色散評(píng)價(jià)的量子通信加密系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)
對(duì)于量子通信加密系統(tǒng)，重構(gòu)相空間，得到相空間重構(gòu)向量軌跡矩陣為：
對(duì)矩陣三進(jìn)行奇異值分解L= U*S*C。U和C是正交矩陣，而：
利用相空間重構(gòu)軌跡矩陣￡和最佳嵌入維數(shù)m求得維數(shù)為Ⅳ×m子空間矩陣X：
為了估計(jì)相空間中量子加密前后之間的距離，設(shè)置預(yù)估器計(jì)算/(l)。相空間中兩點(diǎn)的距離定義為：
三、系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析
1、實(shí)驗(yàn)環(huán)境描述
為了測(cè)試本文所構(gòu)建的量子通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量，采用本文中的一段文本進(jìn)行加密實(shí)驗(yàn)，原始量子通信文本內(nèi)容見表l。
2、結(jié)果分析
經(jīng)過量子通信加密系統(tǒng)后，系統(tǒng)的加密通信文本內(nèi)容見表2。
從表2可以看出，與原始的通信內(nèi)容相比較，完全看不出任何原始通信內(nèi)容的痕跡，且沒有任何的規(guī)律可循，所以，本量子通信系統(tǒng)的加密方法效果很好。
實(shí)際通信系統(tǒng)工作時(shí)，需要將通信的數(shù)據(jù)逐個(gè)發(fā)出，所捕獲的數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)圖如圖3所示。
從圖4可以看出，當(dāng)有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，在電磁場(chǎng)上可以很明顯的捕獲到強(qiáng)的電磁脈沖產(chǎn)生，這就是所發(fā)送的加密后通信內(nèi)容，對(duì)傳統(tǒng)的量子通信加密后的內(nèi)容進(jìn)行色散系數(shù)評(píng)定，結(jié)果如圖4所示。
基于混沌的加密系統(tǒng)加密后，系統(tǒng)色散特性如圖5所示。
從圖4與圖5的比對(duì)結(jié)果可以看出，采用基于混沌的加密方案后，系統(tǒng)的色散系數(shù)降低，也就是說，在相同環(huán)境下，系統(tǒng)的加密性能提高。系統(tǒng)加密文本被破解的概率是0.001 10-10，低于正常量子通信時(shí)加密的概率。
