2025年大學(xué)《量子信息科學(xué)》專業(yè)題庫——量子信息傳輸中的防竊密策略考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分）1.下列哪一項(xiàng)不是量子密鑰分發(fā)（QKD）的基本要素？A.量子信道B.經(jīng)典信道C.量子不可克隆定理D.大數(shù)統(tǒng)計(jì)2.BB84協(xié)議中，用戶Alice通過改變量子比特的什么物理量在量子信道中傳輸信息？A.量子態(tài)的偏振方向B.量子態(tài)的相位C.量子比特的能級D.量子比特的自旋3.E91協(xié)議相比于BB84協(xié)議，其主要優(yōu)勢在于？A.提高了密鑰生成速率B.增大了傳輸距離C.實(shí)現(xiàn)了設(shè)備無關(guān)的安全性D.減少了系統(tǒng)復(fù)雜度4.在QKD系統(tǒng)中，若Bob測量到的一串量子態(tài)與Alice發(fā)送的基不一致，但仍然使用對應(yīng)的經(jīng)典基進(jìn)行解碼，這種攻擊方式屬于？A.偷聽攻擊B.基攻擊C.量子存儲攻擊D.側(cè)信道攻擊5.設(shè)備無關(guān)QKD（DIQKD）的核心思想是？A.不依賴任何具體的光學(xué)器件B.不需要測量量子態(tài)C.通過測量光子數(shù)而非量子態(tài)來提取密鑰D.利用量子糾纏進(jìn)行密鑰分發(fā)6.量子安全直接通信（QSDC）的主要目標(biāo)是？A.僅分發(fā)密鑰，不傳輸信息B.在量子信道中安全傳輸經(jīng)典信息C.提高QKD的傳輸距離D.增強(qiáng)對側(cè)信道攻擊的抵抗能力7.以下哪項(xiàng)技術(shù)是解決QKD傳輸距離限制的有效途徑之一？A.量子中繼器B.量子存儲器C.協(xié)作QKDD.以上都是8.量子不可克隆定理在QKD中的意義在于？A.保證了量子態(tài)可以被完美復(fù)制B.防止了量子態(tài)的竊聽C.提高了量子通信速率D.消除了測量引起的退相干9.側(cè)信道攻擊主要利用了QKD系統(tǒng)中的哪些信息來破解密鑰？A.量子信道中的噪聲B.發(fā)送和接收端的操作時(shí)序C.測量設(shè)備的物理參數(shù)D.密鑰序列本身10.將來量子安全網(wǎng)絡(luò)可能采用的技術(shù)組合不包括？A.QKD+公鑰密碼學(xué)B.QSDC+量子秘密共享C.量子隱形傳態(tài)+經(jīng)典信道D.經(jīng)典RSA+量子密鑰二、填空題（每空2分，共20分）1.QKD利用了量子力學(xué)中的______和______特性來實(shí)現(xiàn)安全密鑰分發(fā)。2.在BB84協(xié)議中，Alice需要預(yù)先共享一個(gè)______，用于雙方選擇測量基。3.攻擊者即使能測量量子信道中的光子，也無法準(zhǔn)確復(fù)制未知量子態(tài)，這是由于______。4.為了抵抗竊聽攻擊，QKD協(xié)議通常需要進(jìn)行______分析，以檢測攻擊者的存在。5.量子安全直接通信（QSDC）的目標(biāo)是在量子信道上直接傳輸______信息。6.實(shí)現(xiàn)QKD的量子信道通常使用______或______作為信息載體。7.設(shè)備無關(guān)QKD（DIQKD）通過測量______而不是具體的量子態(tài)來提取密鑰，從而擺脫了對發(fā)送端和測量端設(shè)備的信任。8.量子密鑰分發(fā)的密鑰生成速率受到______和______的限制。9.為了克服QKD的傳輸距離限制，研究者提出了量子______的概念。10.量子防竊密技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)包括系統(tǒng)______、成本______以及環(huán)境______等問題。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述BB84協(xié)議的基本工作原理。2.簡要說明什么是量子存儲攻擊，以及它對標(biāo)準(zhǔn)QKD協(xié)議構(gòu)成了怎樣的威脅。3.簡述量子安全直接通信（QSDC）與量子密鑰分發(fā)（QKD）的主要區(qū)別。四、分析題（每題10分，共20分）1.分析協(xié)作QKD相比于非協(xié)作QKD在安全性或性能方面可能存在的優(yōu)勢。2.結(jié)合量子不可克隆定理，論述為什么僅僅依靠量子信道傳輸密鑰信息就能在一定程度上保證密鑰的安全性，而不需要復(fù)雜的加密算法。試卷答案一、選擇題1.D2.A3.C4.B5.A6.B7.D8.B9.B10.D二、填空題1.不可克隆定理，測量干擾不確定性2.經(jīng)典密鑰3.量子不可克隆定理4.安全性5.經(jīng)典6.光子，自由空間7.光子數(shù)8.信道容量，測量效率9.中繼器10.穩(wěn)定性，高，噪聲三、簡答題1.BB84協(xié)議的基本工作原理：Alice選擇一個(gè)隨機(jī)基（{|0?,|1?}或{|+?,|-?}），將量子比特編碼成該基下的基矢，并通過量子信道發(fā)送給Bob。同時(shí)，Alice通過經(jīng)典信道將選擇的基信息（基序號）發(fā)送給Bob。Bob根據(jù)收到的基信息，使用相同的基對量子比特進(jìn)行測量。最后，Alice和Bob通過經(jīng)典信道比較他們選擇的基是否相同，對于基相同的部分，將測量結(jié)果作為密鑰比特。由于攻擊者無法同時(shí)獲知Alice使用的基，且測量會改變量子態(tài)，因此無法準(zhǔn)確復(fù)制和測量信息，實(shí)現(xiàn)了安全性。2.量子存儲攻擊及其威脅：量子存儲攻擊是一種非協(xié)作攻擊方式。攻擊者Eavesdropper（E）在量子信道上放置一個(gè)量子存儲器。當(dāng)Alice發(fā)送的量子態(tài)到達(dá)時(shí)，E不立即測量，而是將其存儲起來。當(dāng)Bob發(fā)送經(jīng)典應(yīng)答信號后，E再調(diào)取存儲的量子態(tài)進(jìn)行測量，并將測量結(jié)果發(fā)送給Bob。這樣E就能獲取完整的量子信息，從而破解密鑰或進(jìn)行模擬。這種攻擊方式繞過了標(biāo)準(zhǔn)QKD協(xié)議中限制E測量次數(shù)的設(shè)計(jì)，對安全性構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。3.QSDC與QKD的區(qū)別：QKD的主要功能是安全地分發(fā)密鑰，用于后續(xù)的經(jīng)典或量子加密通信。而QSDC的目標(biāo)是在量子信道上直接安全傳輸經(jīng)典信息，無需先進(jìn)行密鑰分發(fā)。QSDC通?；赒KD協(xié)議或量子秘密共享、量子隱形傳態(tài)等技術(shù)構(gòu)建，其核心思想是在傳輸過程中抵抗竊聽，確保信息的機(jī)密性。四、分析題1.協(xié)作QKD的優(yōu)勢分析：協(xié)作QKD需要第三方輔助（Relay），Alice和Bob通過經(jīng)典信道與Relay進(jìn)行通信。其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在安全性方面。對于非協(xié)作攻擊，如量子存儲攻擊，協(xié)作QKD可以通過Relay的測量和應(yīng)答過程來限制或消除攻擊者獲取完整量子態(tài)的機(jī)會，從而提高安全性。此外，理論上協(xié)作QKD可以通過中繼方式擴(kuò)展傳輸距離，克服單光子傳輸?shù)南拗啤Ｈ欢?，協(xié)作QKD也面臨系統(tǒng)復(fù)雜度高、通信延遲大、密鑰生成速率受限等挑戰(zhàn)。2.基于量子不可克隆定理的QKD安全性論述：量子不可克隆定理指出，任何對未知量子態(tài)的復(fù)制操作都是不可能的，并且不可避免地會引入測量擾動。在QKD中，Alice通過量子信道發(fā)送一個(gè)她無法控制和復(fù)制的未知量子態(tài)（通常是單光子）給Bob。如果存在竊聽者Eavesdropper（E）在信道中測量這個(gè)量子態(tài)，根據(jù)不可克隆定理，E的測量必然會改變量子態(tài)的原始信息。當(dāng)Alice和Bob通過經(jīng)典信