● 摘要
随着量子通信网络的快速发展，突破量子通信网络中的瓶颈限制、提高网络吞吐量变得日益重要。在经典网络中，网络编码技术因其可以提高网络吞吐量的特性而得到了广泛的应用。为了解决量子通信网络中存在的传输率低、信道利用率不高的问题，研究者开始将网络编码引入到量子通信网络中。目前多数量子网络编码都是基于经典的蝶形网络模型，如何寻找一种新型的量子网络编码模型研究意义重大。并且，多数量子网络编码方案同经典网络编码一样，面临着窃听攻击和污染攻击等问题，而针对量子网络编码的安全机制相对较少。因此，本文主要完成了以下研究工作：
1）针对量子网络编码模型研究，将可控隐形传态引入到经典的量子网络编码方案中，提出了可控量子网络编码模型，并设计了两种新型的可控量子网络编码方案，包括基于XQQ（crossing two qubits）协议的单控制方方案和基于预共享纠缠协议（prior entanglement shared between the senders，PE）的双控制方方案。这两种方案通过引入第三方实现了目的节点解码的可控，并且为将传统的安全机制引入量子网络编码提供了一个基础的模型。
2）针对量子网络编码方案存在的窃听攻击问题，设计了一种基于量子安全直接通信（quantum secure direct communication，QSDC）的量子身份认证方案。该方案利用GHZ（Greenberger-Horme-Zeilinger）纠缠态性质完成量子密钥分配，并通过QSDC来保证密钥的安全传输。通过将此身份认证方案引入到1）中可控量子网络编码模型中，实现了一种具有身份认证功能的量子网络编码方案，从而有效地抵御窃听攻击。
3）针对量子网络编码存在的污染攻击问题，设计了一种基于纠缠交换的量子同态签名方案，以抵御污染攻击等安全威胁。该方案在中间节点处利用量子纠缠交换实现签名的同态操作。方案分析表明该方案可以保证签名的不可伪造性，实现对不同数据源的信息的身份认证，并且在中间节点可信的情况下可以有效地定位污染源。在此基础上实现了一种基于量子同态签名的量子网络编码方案，该方案能以较高的保真度和通信速率和较少的资源消耗抵御污染攻击。