最新量子密码学专题研究报告课件PPT.ppt 42页

'量子密码学专题研究报告 量子计算机的诞生电子计算机的计算能力存在瓶颈芯片所能集成的电子元件数量有限摩尔定律量子效应芯片集成密度达到纳米级，出现量子效应 量子计算机的出现对密码学的影响Questions不可计算问题可计算问题量子计算机（超级计算）密码学如何在所有问题基本上都是可计算的情况下，构建一个新的密码体制？ (计算能力)量子计算机现在不可计算的问题难道永远不可计算了吗？n个量子位元，可以产生2^n个所有可能组合（n位二进制数）。量子计算机的处理器有n个量子位元，那么同一时间执行一次运算，就可以同时对所有2^n个不同状态作运算。而传统的电子计算机一次只能处理一个状态。例，按理论估算，一个有5000个量子位元的量子计算机，用30s就可以解决因式分解问题，而传统的计算值需要100亿年（地球的岁数是46亿年，太阳还有50亿年，产生智能只要46亿年！）。 (量子算法)量子计算机量子傅里叶变换(QuantumFourierTransfer，QFT)。传统的FFT的计算量是O(Nlog2N)，而QFT只要O(log2N)。Shor巧妙地把QFT与数论知识结合起来，提出了因式分解，解离散对数两个问题的多项式时间算法。1996年，IBM，LovGrover提出了Grover’sAlgorithm。在N（=2^n）个物品中，取出其中一个的计算量是O(N^1/2)（原来是O(N)） 量子计算机(实现的困境)量子计算基本上必须用到量子的相干性，没有相干性，就没有高速的计算能力。但在现实中，我们很难保持量子的相干性。消想干（量子相干性的衰减），主要来自于外界环境与系统间的相互影响，且量子位元也不会是一个独立的系统，受到外部环境的影响。 量子密码学量子密码：应该叫做量子加密，它是使用量子的选择来阻止信息被截取的方式。量子密码已经允许成为可选择的密码技术。现在的应用以密钥分配为主。真正的随机性量子纠缠态的非局域关联测不准原理（量子不可克隆原理）量子隐形传态原理 量子密码学(量子纠缠态的非局域关联)一个特殊晶体将一个光子割裂或者一对纠缠的光子，这对纠缠的光子即使相距很远耶相互联结。设A、B两个自旋为1/2的粒子组成的相关体系处于自旋单态，即总自旋为0，这对粒子称为EPR对，并且他们朝相反方向自由运动。若单独测A，则可能向上，也可能向下，概率1/2。若已经测得B的自旋为向上，那么粒子A的自旋方向不管测还是不测，都是向下的。在测量的时候发生了量子态的坍缩。自旋态的构造和坍缩都是非定域的，这就是处于纠缠态的粒子的非局域关联性。（在统计上已经被证实二粒子态所呈现的非局域关联性）。 量子密码学(应用)量子密码协议：Bennett（贝内特）和Brassard（布拉萨德）于1984年最早提出了量子密码协议，现在被统称为BB84协议。该密码术与经典密码最大区别是它能抵挡任何破译技术和计算工具的攻击，原因在于它的安全性是由物理定律来保证而不是靠某种高复杂的运算。 假定Alice和Bob约定用线偏振量和圆偏振量的4个偏振态来实现量子密钥分配，用<表示右旋圆偏振量；>表示左旋员偏振量；-表示水平线偏振量；|表示垂直线偏振量。采用线偏振基（+）和圆偏振基（O）来测量光子的偏振态。规则如下：采用量子的偏振量来作为量子位元（现在的研究主要利用相位！） Alices随机地发给Bob一组光子。Bob随机的选择+、O接收光子，并测量光子的偏振态。（1/2选对，也就是1/2测　对。）Bob得到光子的实际偏振方向，只有Bob知道！Bob告诉Alice自己选择的测量基，即上表（2）的偏振基序列。结果不告诉Alice。Alice告诉Bob那些测量基是正确的，并保留下来，其余的去掉。若超过m/10不正确，实验失败。Aice和Bob仅保留了相同基时的态，即表中（4）。双方随机地公开其中的一部分态，若存在不一致，就说明有窃听！若一致，剩下的态转换二进制数序列。如<|表示1，>-表示0。这样就得到了量子密钥。 安全性讨论：若存在第三方对光子的测量，那么根据测不准原理，必然会导致光子极化态的改变，并影响Bob的测量结果。这样在（5）的比对过程中，就会出现不一致，哪怕是一个相同，都说明信道被窃听。上述密钥分配的缺陷：光的偏振特性在长距离的光纤传输中会逐渐退化，造成的误码率增加。现在解决的办法是基于量子纠缠和EPR效应的。目前最主流的实验方案是用光子的相位特性进行编码。研究上进展最快的是英国、瑞士和美国。 主要成果２00５年，中科院郭光灿院士领导的课题小组，150km的室内量子密钥分配，利用网通的实际通信光缆。从河北香河到天津。长期误差率低于6%。这是国际上公开的最长距离的实用光纤量子密码系统。2002年，德国慕尼黑大学与英军合作，用激光实现了23.4km的量子密钥分配。（空气中）2003年，日本三菱电机公司也宣布，该公司用防盗量子密码技术与100公里的光纤成功地传送信息，其传递距离长度可达到87公里，打破了美国洛斯阿拉摩斯国家实验室(LosAlamosNationalLaboratory)创造48公里的记录。 量子密码学(应用)基于量子隐形传态原理的安全通信：量子隐形传态（QuantumTeleportation，QT）——无影无踪的传送过程，它把一个物理客体等同于构造该客体的全部信息，传递客体只需传递它的信息，而不是搬运该客体（源于科幻小说）。在传统物理里面，我们可以经过精确的测量，复制一个完全一样的物体，但是在量子物理里面，由于量子力学的不确定性原理不允许精确测量，就不可能提取原物的全部信息，精确复制量子态的设想违背了量子不可克隆定理（测不准原理的一个推论）。因此将任意位置的量子态完整地从一方传递到另一方，只是一种幻想。1993年，Bennett等人提出了通过EPR关联信道和经典信道传送未知量子态的理论方案。 QT方案的基本思想Ａlice和Bob是一般通讯中信息的发送方和接受方。假设粒子1处于一个未知的量子态|，Alice将这一量子态传输给Bob，使得Bob接受到的粒子3也处在这个量子态。（把粒子1的量子态传输给粒子3！） Bell基：两个纠缠量子可以组成4个量子态，|00>,|01>,|10>,|11>,通常将这4个态称为Bell基，4个态构成四维希尔伯特空间的一组正交完备归一基。第一步，首先制备EPR纠缠对——粒子2与粒子3，两个粒子处于纠缠态。第二步，Alice对粒子1和粒子2进行Bell联合测量，将有1/4几率得到每个Bell基，但是每次测量只能得到其中的一个基。一旦Alice测量了4个Bell基中的某个，粒子3就已经坍缩到相应的量子态。Alice将此结果（即已经测量到的那个Bell基）通过经典信道告诉Bob。（由于需要使用经典信道，所以这里的量子传输不可能达到光速，国内的很多论文没有认识到这一点！）第三步，Bob基于Alice测得的结果，便选取相应的幺正变换对粒子3进行操作，这样粒子3就处在原始的状态了。 Ｔｈａｎｋ　Ｙｏｕ！ 祛风湿药之祛风湿热药 防己性味：苦、辛，寒归经：归膀胱、肺经功效主治：祛风湿，止痛，利水消肿祛风湿，止痛：主治痹证，尤宜于湿热偏胜者，常与薏苡、滑石、蚕沙同用，如宣痹汤；治风寒湿痹，常与附子、桂心、白术等同用，如防己汤。 防己利水消肿：主治水肿，痰饮证。尤以泄下焦膀胱湿热见长。治风水证，常与黄芪、白术配伍，如防己黄芪汤；治皮水，可与茯苓、黄芪、桂枝等合用，如防已黄芪汤；治湿热腹胀水肿，可配椒目、葶苈子、大黄，如已椒苈黄丸。用法用量：煎服，4.5-9g。祛风止痛宜木防己，利水退肿宜汉防己。使用注意：本品大苦大寒易伤胃气，胃纳不佳及阴虚体弱者慎服 雷公藤性味：苦，寒。有大毒。归经：归心、肝经。功效主治：祛风除湿，活血消肿，通络止痛，杀虫解毒。主治风湿痹痛。本品祛风湿，活血通络，止痛。长于治类风湿性关节炎、风湿性关节炎及坐骨神经痛等，可单用雷公藤，内服或外敷均可，亦可入复方中用之，能改善功能活动，减轻疼痛。主治疔疮肿毒，腰带疮，皮肤瘙痒等。本品能以毒攻毒，且有杀虫、消肿之功。治热毒痈肿疔疮，雷公藤配蟾酥，相须为用，解毒杀虫，消肿止痛。治腰带疮，雷公藤与乌药研末调搽患处。 雷公藤若治皮肤瘙痒，以雷公藤叶捣烂擦患处，有良好杀虫止痒之功。此外，近代临床还用治慢性肾炎、红斑狼疮等，有一定疗效。用法用量：煎服，1－5g。宜久煎（文火沸煎2小时以上）外用适量，捣烂或研末外敷、调擦。外敷不可超过半小时，否则起泡。使用注意：本品大毒，内服宜慎。孕妇、体虚弱者忌用。凡有心肝肾器质性病变及白细胞减少者慎服。附：雷公藤片，具有抗炎及免疫抑制作用。用于治疗类风湿性关节炎。 秦艽性味：辛，苦，平归经：归胃、肝、胆经特点：苦而不燥，性质平和，“为风药中之润剂”。“诸药皆散，唯秦艽偏润”。功效主治：祛风湿，舒筋络，退虚热，清湿热。 秦艽祛风湿，止痹痛：主治风湿痹痛，筋脉拘挛及手足不遂等。本品为风药中之润剂，各种风湿痹痛均可用。但性寒清热，以热痹更宜。治风湿热痹，常与忍冬配伍，如秦艽天麻汤。退虚热：本品能清虚热，退骨蒸，常配知母、地骨皮等，如秦艽鳖甲汤。清湿热：主治湿热黄疸，常与茵陈蒿、栀子、猪苓等药配用。亦可单用，如《海上集验方》即单用治黄疸。用法用量：煎服，5-15g。大剂量可用至30g。 秦艽与防己功用对比相同点：秦艽与防己皆味辛苦性寒凉，均能祛风湿、止痹痛。主治风湿热痹，肢体关节红肿热痛。不同点：秦艽质润，为“风药中之润剂”。本品既能祛风湿、止痹痛，又能舒筋络（通络），凡风湿痹痛，肢体麻木，筋脉拘挛，骨节酸痛，关节屈伸不利，无论新久上下，偏寒偏热，均可配伍应用，而尤宜于热痹。古人谓“痹”证必用秦艽、“三痹必用秦艽”。 秦艽与防己功用对比同时，本品又能退虚热，清湿热（或称利湿退黄）。也常用于中风半身不遂，口眼喎斜，言语不利；阴虚发热、骨蒸潮热，小儿疳积发热。湿热黄疸。防己又具有较强的利水消肿作用，也常用治水肿，小便不利，脚气肿痛及湿疹疮毒。此外，防己有汉防己、木防己之分，二者功用相似，均能祛风湿，止痛，利水消肿。但汉防己为防己科植物粉防己的根入药，汉防己（粉防己）偏于利水消肿；木防己为马兜铃科植物广防己的根入药，木防己（广阴己）偏于祛风止痛。 桑枝性味：微苦，平归经：归肝经功效主治：祛风通络，行水消肿。主治风湿痹痛，四肢拘挛。本品性质平和，寒、热证均常用，尤以上肢风湿热痹更适用。 桑枝可单用煎服，治风热臂痛；治筋骨酸痛，四肢麻，单用熬膏服，即《景岳全书》桑枝膏。痹痛属寒湿者，多与羌活、桂枝、防风、姜黄等同用。行水消肿。治疗水肿、脚气浮肿。用法用量：煎服，15-30g。 豨莶草性味：辛、苦，寒归经：归肝、肾经功效主治：祛风除湿，通经活络，消热解毒祛风湿，通经活络。主治风湿痹证，骨节疼痛，四肢麻木、脚弱无力等。本品生用偏寒，善化湿热，对风湿痹痛偏热者，用之尤宜，如与臭梧桐同用，即豨桐丸。治风寒湿痹或中风痿痹，单用本品，酒蒸为丸，温酒吞服，即豨莶丸。 豨莶草消热解毒：主治疮疡肿毒，湿疹瘙痒。以其清热解毒，祛风湿而止痒，内服外用均可。此外，本品能降压，可用于高血压病。用法用量：煎服，15-20g。外用适量。一般治风湿痹证宜制用，湿疮、湿疹宜生用。 臭梧桐性味：辛、苦、甘，凉归经：归肝经功效主治：祛风湿，通络止痛，降压。主治风湿痹痛，肢体麻木，半身不遂等。本品能祛风湿活络，单用，或与豨莶草同用，如豨桐丸。周身瘙痒或湿疹，可用本品煎汤洗浴。现代用治高血压病。本品能降血压，可单用为末常服，或配复方用。用法用量：煎服，5-15g；用于降压不宜高温久煎。外用适量。 海桐皮性味：苦、辛，平归经：归肝经功效主治：祛风除湿，通络止痛，杀虫止痒。主治风湿痹痛，四肢拘挛，腰膝酸痛。本品入肝肾，祛风湿，通经络，有较好止痛作用。善治下肢关节痹痛。常与牛膝、五加皮、羌活、薏苡仁等浸酒服，如海桐皮酒。亦可与其他祛风湿药配用。 海桐皮主治疥癣、湿疹瘙痒。常与黄柏、土茯苓、苦参等同用，煎汤外洗或内服。用法用量：煎服，5-15g；或酒浸服。外用，适量 络石藤性味：苦，微寒归经：归心、肝、肾经功效主治：祛风通络，凉血消肿。主治风湿痹痛，筋脉拘挛，以热痹为宜。可单用浸酒服，或与忍冬藤、木瓜、桑枝等同用。 络石藤主治喉痹，痈疡。能凉血消肿。治喉痹，可单用水煎，慢慢含咽。治痈肿疮毒，常与皂角刺、瓜萎、乳香、没药等同用，如止痛灵宝散。用法用量：煎服，6-12g。外用，适量，鲜品捣敷 桑枝与络石藤功用对比相同点：桑枝与络石藤均具有祛风通络的功效，皆常用治风湿痹痛，肢体麻木，筋脉拘挛，关节屈伸不利者，尤以风湿热痹为佳。不同点：桑枝性味平和，取其祛风湿、通利关节之功，对于风湿痹证，无论偏寒偏热，均可使用，而尤宜于上肢风湿热痹。并兼能利水消肿，也可用治水肿。络石藤苦微寒，又能凉血水肿。也可用治喉痹、痈疡；跌仆损伤，瘀滞肿痛。 穿山龙性味：苦，微寒归经：归肝、肺经功效主治：祛风除湿，活血通络，化痰止咳。祛风湿，活血通络：主治风湿关节痛及关节扭伤、腰腿痛。其性偏凉，治热痹为多，民间多单用。亦可与桑枝、忍冬藤、秦艽等药同用。清肺化痰：主治热痰咳嗽。可单用治疗慢性咳喘痰多，或与瓜萎、杏仁、枇杷叶等配伍，则效果更佳。用法用量：煎服，10-15g。或酒浸服。外用适量 丝瓜络性味：甘，平归经：归肺、胃、肝经功效主治：祛风通络，化痰解毒。主治风湿痹痛。本品善祛风，活血通络，治风湿痹阻，骨节疼痛，肌肉顽麻，手足拘急者，多与秦艽、防风、当归、鸡血藤等祛风养血药配伍应用。 丝瓜络主治胸痹。本品善行气通络止痛，若肝郁气滞，胁下胀满疼痛，可与柴胡、郁金、白芍等配用。主治胸胁痛。本品善行气通络止痛，治肝气郁气滞，胁下滞满疼痛，可与柴胡、郁金内服或外敷。亦可与蒲公英、贝母、瓜蒌等同用，以达清热消肿止痛之效。用法用量：煎服，4.5-9g。外用，适量'