量子通信网络中授权管理模型之物联网技术研究

来源: www.sblunwen.com 发布时间:2019-10-04 论文字数:36888字
论文编号: sb2019100414562728077 论文语言:中文 论文类型:硕士毕业论文
本文是一篇物联网技术论文,本文以量子通信网络为研究背景,主要对量子通信网络中的授权管理进行研究。基于角色的访问控制技术是经典通信方式中的一种灵活性较高的访问控制技术。


第一章  绪论

1.1  选题的理论和实践意义
20世纪初,物理研究逐渐从宏观向微观发展,量子力学也随之诞生。量子力学和相对论一起被视为现代物理学的两大支柱。现代物理以量子力学为基础,产生了许多物理学理论和学科如原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学以及其它相关的学科。
如今社会正处于高速发展阶段,信息的交流变得更加不可或缺。科学技术的高度发展与信息和网络的快速发展之间有着密不可分的联系。而随着通信技术的发展,信息安全问题也渐渐进入了人们的视野,并且变成了一个日益严重的问题,存在于我们日常生活的方方面面。习近平总书记主持召开的中央网络安全和信息化领导小组第一次会议中也强调了网络安全和信息安全的重要性。现代物理学的发展,和对信息安全的迫切需要,使得人们将量子力学和经典通信结合起来,提出了量子通信这一全新概念。
量子通信是20世纪90年代初才逐渐发展起来的新兴学科,是一种将量子的物理特性应用于信息传递的一种全新的通信技术。量子通信利用了量子的测不准、不可克隆等原理,利用现有的窃听方式无法成功窃听,理论上可以做到无条件安全[1]。量子通信这一概念的提出,为整个网络、通信以及相关的信息安全方面带来了一次革命。
近几年,随着量子通信的飞速发展,量子通信网络也慢慢从理论研究发展到了实际应用的阶段。量子通信网络是一种采用量子通信系统的网络。量子通信网络由众多分离的节点组成,量子信息就存储在这些节点中。在节点处,代表量子信息的单元—量子比特可以被局域地操纵.这些节点将量子信息通道连结起来,形成量子通信网络。在网络内部,信息的交换可以通过传递量子比特来实现。量子通信理论与技术的应用最终还是会回到整个网络中,其终极目标是保证广域网乃至全球范围内的网络的绝对安全性,即构建全球范围的量子通信网络。但我们知道在经典通信中,通信设备会对最终的通信效果产生影响。
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1.2  国内外研究现状
量子通信因其独特的物理特性而具有无条件安全性、传输的高效性等优点。量子通信的研究起步于20世纪80年代,主要包括量子密钥分发、量子秘密共享、量子安全直接通信、量子身份认证等方面。
1.2.1  国外研究现状
随着IBM公司的Bennett和蒙特利尔大学的Brassard在1984年提出了第一个量子密钥分发协议—BB84协议[4]之后,量子通信进入了快速发展阶段。之后的1991年,欧洲的研究人员提出了基于EPR纠缠对的量子密钥分发协议E91协议[5];1992年Bennett在BB84协议的基础上进行了改动,提出了以两个非正交量子比特实现的量子密钥分发协议B92协议[6]。2000年,加拿大的研究组使用纠缠光子完成了远距离的密钥分发实验[7];同年,美国Los Alamos实验室在自由空间进行量子密钥分配的传输距离达到1.6公里[8];2002年瑞士日内瓦大学成功进行了距离长达67公里的量子密钥传输实验[9]。在国内,2008年郭光灿团队完成了距离超过125公里的光纤量子密钥传输[10];2012年潘建伟团队实现了百公里级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发,该项技术是国际上首次实现[11]。 
量子秘密共享(Quantum Secret Sharing)是以经典通信中秘密共享的概念为基础,提出的一种利用量子特性来实现秘密共享的概念。最早的QSS协议是1999年Hillery Buzek和Berthiaume提出的使用GHZ态实现量子秘密共享协议-HBB协议[12],该协议从理论上克服了经典秘密共享的缺陷,并使得“秘密共享”这一经典通信中的研究议题被提到了量子通信中来。HBB协议虽然利用了量子纠缠态的一些性质,从理论上解决了量子通信中秘密共享的问题。但若从实际应用的角度出发,由于量子纠缠态的制备效率较低,且不易传输,因此HBB协议具有实用性较低的缺点。2004年,  龙桂鲁等人采用对密钥分发中的量子比特直接编码的方式实现了秘密共享[13],使得QSS的研究不再依赖于量子纠缠态。
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第二章  相关基础理论研究

2.1  量子力学的基本假设
2.1.1状态空间假设


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2.2量子通信基本概述及特点
量子通信是一种借助量子纠缠效应来传递信息的新的通信方式,是量子论和信息论相结合的新的研究领域。量子通信在安全性上具有经典通信方式无可比拟的优越性。量子比特是量子通信的信息单位,接下来将对量子比特的概念和性质做简要的介绍。
2.2.1 量子比特的概念

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第三章  量子通信网络中的授权管理模型.................................. 17
3.1  引言 ............................. 17
3.2  授权管理模型的结构 ............................ 17
第四章  量子授权管理模型的安全性分析.................................. 34
4.1  引言 ........................................ 34
4.2  基于单粒子的量子快速密钥认证协议的安全性分析 ................................... 34
第五章  量子授权管理模型中用户的行为可信度分析................................ 38
5.1  引言 ........................... 38
5.2  用户行为威胁度分析 ............................... 38

第六章  授权管理模型的应用实例

6.1  量子通信网络中资料库的授权管理实例
为了验证量子授权管理模型的可行性,在此提出了一个量子通信网络中的资料库授权实例进行分析。
有一个资料库,资料的类型分为一般资料、珍藏资料两类。现在资料库的管理员要委任3名用户A来帮忙其对资料库进行管理。现要委任A为一般资料管理员,B为珍藏资料录入员,C为珍藏资料管理员。假设现在共有6种权限,这些权限与相应的安全等级为:一般资料的查看、一般资料的录入、一般资料的更改、珍藏资料的查看、珍藏资料的录入、珍藏资料的更改。且假设该资料库的两种资料的任职人员分属不同部门,他们之间权限不能交叉,那么各个职位所对应的权限为:
(1)一般资料管理员(GA):一般资料的查看(G1),一般资料的录入(G2),一般资料的更改(G3);
(2)珍藏资料录入员(VI):珍藏资料的查看(V1),珍藏资料的录入(V2);
(3)珍藏资料管理员(VA):珍藏资料的查看(V1),珍藏资料的录入(V2),珍藏资料的更改(V3)。
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第七章  总结与展望

7.1  总结
现如今,量子通信已取得了长足的发展,关于量子通信的研究也慢慢从单纯的理论研究向实际的量子通信研究迈进。以目前这样的发展速度,相信量子通信的时代很快就会来临,它将给整个传统通信行业带来巨大的变革。我国的量子通信研究虽起步较晚,但也发展迅速,包括量子长距离通信、量子城域网、量子卫星等等方面,我国均取得了傲人的成绩。
随着量子通信的发展,相信过不了多久,就将应用到实际网络中。目前量子通信虽然在点对点通信方面已经研究得十分深入了,但对于整个通信网络的研究还远远不够。在一个完整的通信网络中,就不仅仅是需要保证通信双方的安全性这么简单,像是多对多的信息交互、多方的秘密共享、资源的访问控制、授权管理以及节点的信任评价等等方面,将会是阻碍量子通信应用到实际网络中来的难题。
因此在量子通信应用到实际网络中之前,就需要对以上这些问题进行研究。本文选择了量子通信的授权管理方面的问题进行了研究。本文主要将经典通信中的基于角色的访问控制的思想进行了延伸,并结合了量子不可克隆、测量塌缩和相互纠缠的的特性,利用了量子的隐形传态和量子纠缠态幺正操作后的变化规律特点,提出了量子通信网络中的授权管理模型,并解决了量子通信中的身份认证和行为可信度分析和授权管理的问题。
参考文献(略)

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