Quantum Private Communication 量子保密通信 97870402 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

基本信息

书名：Quantum Private Communication 量子保密通信

定价：59.00元

作者：Guihua Zeng

出版社：高等教育出版社

出版日期：2010-01-01

ISBN：9787040254792

字数：

页码：

版次：1

装帧：精装

开本：16开

商品重量：0.763kg

编辑推荐

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导语_点评_推荐词

内容提要

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量子保密通信是讨论在通信领域利用量子所具有的叠加性、纠缠性、非局域性等特性，实现保密通信。本书内容涵盖五个方面：量子保密通信基础理论、量子密码基本原理、量子通信模型、量子保密通信实现技术和量子保密通信应用。本书可作为计算机科学、通信工程、电子工程、物理与数学等相关学科的研究人员参考书，也可作为高年级本科生和研究生的教学参考书。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《信息加密的艺术与演进》 一、引言：数字时代的信任基石 在信息爆炸、全球互联的数字时代，数据的安全与隐私已成为个人、企业乃至国家安全的核心议题。每一次在线交易、每一次秘密会话、每一次敏感信息的传输，都依赖于一套精密的机制来保护其免遭窃取、篡改或非法窥探。这套机制的核心，便是信息加密。它如同数字世界中的“保险箱”和“暗语”，确保了信息的机密性、完整性和真实性，是构建可信数字环境的基石。从古老的凯撒密码到如今复杂精密的算法，信息加密技术的发展历程，是一部人类智慧与安全需求不断博弈、演进的宏伟史诗。本书将深入探索信息加密的起源、发展、核心原理及其在现代社会中的广泛应用，勾勒出一幅信息安全技术演进的全景图，并展望其未来的发展趋势。 二、加密的萌芽：古代智慧的结晶 早在文字尚未普及的时代，人们便已经开始探索保护信息的方法。最原始的加密方式，往往是对称的，即信息的发送者和接收者使用相同的“密钥”或“规则”来对信息进行编码和解码。 文字替换与转位： 最早的加密形式之一是文字替换，即用另一个字母、符号或数字来代替原文中的字母。古希腊人曾使用一种名为“斯巴达盾”的工具，将文字绕在一根卷轴上进行加密。而古罗马的尤利乌斯·凯撒，为了在军事通信中保密，发明了“凯撒密码”，将每个字母向后移动固定位数。这种简单的替换方式，虽然容易被识破，却标志着加密思想的萌芽。 多表替换与置换： 随着密码分析技术的进步，简单的单表替换很快就显得脆弱。为此，人们发展出了更复杂的加密方法，例如使用多张密码表进行替换，增加破解难度。同时，置换密码也应运而生，它不改变字母本身，而是改变字母在原文中的位置，例如将一列字母打乱后再重新组合。这些方法虽然相对复杂，但仍属于古典密码学的范畴，主要依赖于数学的简单运算和人类的智力来破解。 古典密码学的发展，反映了人类在有限的技术条件下，对信息保密需求的初步探索。尽管这些早期技术在今天看来不堪一击，但它们为后世更先进的加密技术奠定了概念基础，也展示了人类在抽象思维和逻辑推理方面的杰出能力。 三、现代密码学的黎明：从机械到电子 两次世界大战的残酷洗礼，极大地推动了密码学的发展。军事通信的巨大需求，促使各国投入巨资研发更强大的加密技术。 恩尼格玛的传奇： 第二次世界大战期间，德军使用的“恩尼格玛”密码机，以其复杂的转子机制和无数种可能的组合，一度被认为牢不可破。然而，盟军密码分析人员的智慧和不懈努力，最终破解了恩尼格玛密码，为战争的胜利做出了不可磨灭的贡献。恩尼格玛的故事，成为了密码学史上的一个经典案例，也凸显了密码分析与密码制造之间的猫鼠游戏。 一次性密码本： 尽管恩尼格玛的复杂，但理论上存在一种绝对安全的加密方法——一次性密码本（One-Time Pad, OTP）。OTP的原理是将明文与一个长度相同、完全随机的密钥进行异或运算。这种方法理论上是不可破解的，因为它生成的密文包含了与明文同样多的信息量，无法通过统计学或其他手段来推断。然而，OTP的实际应用受到密钥管理这一巨大挑战的限制，密钥需要与密文一样安全地传输，并且每条信息都需要独立、随机的密钥，这在实际操作中几乎难以实现。 计算机的崛起与数字加密： 随着计算机技术的飞速发展，信息加密开始从机械时代迈向电子时代。计算机强大的计算能力，使得更复杂的数学算法得以实现，为现代密码学的诞生奠定了基础。早期，人们尝试将古典密码学的思想移植到计算机上，但很快就发现，利用计算机的算力，可以设计出更具理论安全性的加密体系。 四、现代密码学：对称加密的挑战与发展 对称加密（Symmetric Encryption）是指加密和解密使用同一密钥的加密方法。其核心优势在于加密和解密速度快，非常适合处理大量数据。 数据加密标准（DES）： 在计算机时代早期，美国国家标准局（NBS）于1977年发布了数据加密标准（DES）。DES是一种分组密码，以64位为分组大小，使用56位的密钥。在当时，DES被认为是安全的，并在全球范围内得到广泛应用。然而，随着计算能力的指数级增长，DES的密钥长度逐渐显得不足，容易被暴力破解，因此已经被淘汰。 高级加密标准（AES）： 为了取代DES，国际标准化组织（ISO）于2001年发布了高级加密标准（AES）。AES是目前最广泛使用的对称加密算法之一，它以128位、192位或256位的密钥长度，对128位的数据块进行加密。AES在设计上具有很高的安全性和效率，其安全性经过了全球密码学界的严苛考验，至今仍被认为是安全的。AES的出现，极大地提升了数字通信的安全性，为互联网的普及和发展提供了重要的安全保障。 对称加密的瓶颈：密钥分发问题。 尽管对称加密在速度上优势明显，但其最大的挑战在于“密钥分发问题”。发送方和接收方需要事先共享同一密钥，而如何在不安全的信道上安全地分发这个密钥，是困扰对称加密应用的一大难题。 五、现代密码学：非对称加密的革命 为了解决对称加密的密钥分发难题，非对称加密（Asymmetric Encryption）应运而生。非对称加密使用一对密钥：公钥（Public Key）和私钥（Private Key）。公钥可以公开，用于加密数据，而私钥必须保密，用于解密数据。 公钥密码学的诞生： 1970年代，Diffie-Hellman和Merkle提出了公钥密码学的基本思想，并在1978年，Rivest、Shamir和Adleman（RSA）基于数论中的大素数分解难题，设计出了第一个广泛应用的非对称加密算法——RSA算法。RSA算法的出现，彻底改变了信息加密的格局。 RSA算法的原理： RSA算法的安全性基于这样一个数学难题：将两个大素数相乘很容易，但将它们的乘积分解回原来的两个素数却非常困难。这使得拥有公钥的用户可以加密信息，但只有拥有私钥的用户才能解密。 数字签名： 非对称加密不仅可以用于加密，还可以用于数字签名。发送方使用自己的私钥对信息进行签名，接收方则使用发送方的公钥来验证签名的有效性。数字签名可以确保信息的完整性（未被篡改）和真实性（由特定的人发送）。 非对称加密的优势与劣势： 非对称加密的最大优势在于解决了密钥分发的问题，使得大规模的公钥基础设施（PKI）得以建立，广泛应用于SSL/TLS（HTTPS）、数字证书、电子邮件加密等方面。然而，非对称加密的计算复杂度远高于对称加密，加密和解密速度较慢，因此在实际应用中，通常采用混合加密的方式：利用非对称加密来安全地分发对称加密的密钥，然后再使用对称加密来加密大量数据，以兼顾安全性和效率。 六、散列函数：完整性的守护者 除了加密和解密，信息安全还需要确保数据的完整性，即数据在传输过程中未被篡改。散列函数（Hash Function）在这一方面发挥着至关重要的作用。 散列函数的特性： 散列函数可以将任意长度的数据映射成固定长度的“散列值”（或称为“摘要”）。一个好的散列函数应具备以下特性： 单向性： 从散列值无法推导出原始数据。 抗碰撞性： 找到两个不同的输入产生相同的散列值极其困难。 敏感性： 即使原始数据有微小的改动，产生的散列值也会完全不同。 应用场景： 散列函数广泛应用于数据完整性校验、密码存储（存储密码的散列值而非明文）、数字签名等领域。例如，在下载文件时，网站通常会提供文件的MD5或SHA-256散列值。用户下载文件后，可以计算其散列值，与网站提供的散列值进行比对，以确认文件是否完整且未被篡改。 七、现代信息安全的基石：公钥基础设施（PKI） 公钥基础设施（Public Key Infrastructure, PKI）是一个由硬件、软件、策略、流程和人员组成的体系，旨在管理和分发数字证书，从而实现安全地进行身份验证和加密通信。 数字证书： 数字证书就像数字世界中的“身份证”，它包含了公钥、证书持有者的身份信息以及颁发机构的数字签名。通过验证数字证书的有效性，可以确保证书持有者的身份，并确保其公钥的真实性。 证书颁发机构（CA）： 证书颁发机构（Certificate Authority, CA）是PKI的核心组成部分，它负责验证用户身份，并颁发数字证书。当您访问一个HTTPS网站时，您的浏览器会向该网站的服务器请求数字证书，并由浏览器内置的根证书列表来验证该证书是否由可信的CA颁发，从而建立安全的连接。 PKI的应用： PKI是实现安全电子商务、电子邮件加密、VPN连接、软件签名等众多安全应用的基础。它为大规模的公钥加密和数字签名应用提供了可行且可信的基础设施。 八、网络安全与信息加密的深度融合 在互联网日益普及的今天，信息加密与网络安全已经密不可分。 TLS/SSL协议： TLS（Transport Layer Security）和其前身SSL（Secure Sockets Layer）是用于在网络上建立安全通信通道的加密协议。它们广泛应用于HTTP（HTTPS）、FTP、SMTP等协议，确保数据在传输过程中的机密性和完整性。 VPN（Virtual Private Network）： VPN技术利用加密隧道，将用户数据在公共网络上传输时进行加密，从而在不安全的网络环境中创建一条安全的虚拟专用通道，保护用户隐私。 端到端加密： 在一些即时通讯应用中，端到端加密（End-to-End Encryption, E2EE）被采用，这意味着只有通信的发送方和接收方能够读取消息，即使是服务提供商也无法解密。这提供了最高级别的隐私保护。 九、新兴领域与未来展望 随着技术的发展，信息加密领域也在不断探索新的方向，以应对日益复杂的安全挑战。 后量子密码学（Post-Quantum Cryptography, PQC）： 量子计算机的出现，对当前基于大素数分解和离散对数问题的非对称加密算法构成了潜在威胁。后量子密码学旨在研究和开发能够抵抗量子计算机攻击的加密算法，以确保信息在未来的安全性。 同态加密（Homomorphic Encryption）： 同态加密是一种允许在加密数据上进行计算而无需先解密的技术。这意味着数据可以在不暴露原始信息的情况下被处理，这在云计算、隐私保护数据分析等领域具有巨大的应用潜力。 零知识证明（Zero-Knowledge Proofs）： 零知识证明是一种密码学技术，允许一方（证明者）向另一方（验证者）证明某个命题是真实的，而无需泄露任何关于该命题本身的额外信息。这项技术在区块链、身份验证等领域具有重要意义。 十、结语：永不止步的安全追求 信息加密技术的发展，是一场永无止境的智慧与安全的较量。从古代的简单符号到现代的复杂算法，人类一直在不断突破技术的边界，以应对层出不穷的安全威胁。理解信息加密的原理、历史和发展趋势，不仅有助于我们更好地保护自己的数字信息，更能深刻认识到在数字时代，安全与信任的重要性。本书旨在为大家揭示信息加密的神秘面纱，分享其中蕴含的智慧与力量，并激发对信息安全未来更深入的思考和探索。