题目：量子密码通信安全关键技术研究

在以大数据、云计算和互联网为主导的信息时代，信息安全问题日益突出，受到社会各界的广泛关注。伴随量子信息技术的快速发展，依赖于计算复杂度等数学困难问题的经典密码体制的安全性受到严重威胁，量子密码为解决这一问题提供了新思路和新方法。量子密码作为密码学和量子力学相结合的产物，它的安全性由量子不可克隆定理和海森堡测不准原理等量子力学基本原理来保证，不会受到无限计算能力和计算资源的冲击，具有理论上的无条件安全性。量子密码经过数十年的发展，无论是在理论研究还是在实际应用等方面均取得了很大突破。然而，作为一门新兴的交叉学科，量子密码的各领域研究还有待进一步完善和改进。为此，本文对量子秘密共享、量子数字签名、量子直接通信等量子密码通信安全关键技术进行了一些探讨，具体工作如下：

1）量子秘密共享方案的分析与改进

本文研究了量子秘密共享方案的安全性分析方法，针对一类环形量子秘密共享方案，提出了一种参与者合谋攻击方法。利用这种攻击方法，[(n+1)/2]个不诚实的参与者可以在不引入任何错误的情况下合谋恢复出密钥分发者Alice的全部密钥。本文进一步给出了相应的改进方案，并进行了安全性分析。研究表明，改进方案继承了原方案高效、易实现等全部优点，能应对各种常见的攻击方法，具有无条件的安全性。

2）仲裁量子签名方案的分析和改进

本文抽象出了一类仲裁量子签名方案基本模型，通过研究指出了这类方案存在一个共同的安全缺陷，即不能满足签名不可否认性的安全要求。文中重点探讨了签名方Alice如何采用截获重发攻击否认对特定消息的签名以及签名方Bob如何采用特定DoS攻击否认所接收到的签名的完整性等问题，并给出了一个Bob在电子订货系统中实施特定DoS攻击的实例。作为改进，本文设计并提出了一个增强的仲裁量子签名方案，证明了该方案在理论上的无条件安全性。

3）理想信道下确定性安全量子通信方案的设计与分析

本文针对现有理想信道环境下确定性安全量子通信方案通信效率低、实现困难等问题，设计提出了一个新颖的确定性安全量子通信方案。该方案结合了量子隐形传态技术和超密编码思想，使方案的通信效率和固有效率分别达到了当前最大值50%和100%，且操作简单易于实现。文中还重点讨论了方案的安全性问题，指出量子数据两步传输策略和诱骗态粒子检测技术确保了方案能应对截获重发攻击、纠缠测量攻击、萃取攻击、特洛伊木马攻击和信道损耗攻击等常见攻击方法，具有理想信道环境下的无条件安全性。

4）联合噪声下确定性安全量子通信方案的设计与分析

本文针对量子信道中存在噪声的问题，采用四粒子逻辑贝尔态提出了两个新颖的抗联合噪声的容错确定性安全量子通信方案（方案一和方案二）。文中研究了逻辑贝尔态的量子关联特性并构建了核心的编码函数和解码函数，然后在此基础上完成了方案的整体设计。两方案的本质区别在于解码函数的设计，方案一采用联合贝尔基测量来实现，方案二则采用单光子测量来完成。本文进一步讨论了方案的安全性，分析指出量子一步传输策略和逻辑诱骗态粒子检测技术的结合使用，既降低了量子信道中其它噪声的影响，又保证了方案在联合信道噪声环境下能够应对各种攻击，是无条件安全的。