在当今社会,信息安全直接关系到国家安全、社会稳定和个人隐私等各个方面,因此越来越受到人们的重视。量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)可以使得合法通信双方共享一组信息理论上无条件安全的密钥,即使窃听者具有无限强的计算能力也窃取不到任何信息。QKD系统主要分为三个步骤:(1)量子态的制备、分发与测量;(2)数据筛选与参数估计;(3)后处理过程。QKD的后处理过程主要包含两个子过程,分别为数据协调和私密放大。数据协调过程是指合法通信双方使用纠错码对双方裸码中存在的不一致进行纠正,使得双方能够共享一组完全一致的二进制比特序列。私密放大则是双方利用相同的哈希函数集从协调后的数据中提取出安全密钥,消除可能泄露给窃听者的信息。连续变量量子密钥分发(Continuous-Variable QKD,CV-QKD)作为QKD的一个重要类别,具有探测设备简单,与现有标准光通信组件兼容性好,中短距离下密钥率较高等优点,但是其后处理过程相对较复杂,是制约系统性能的关键瓶颈之一。其中,数据协调效率直接影响CV-QKD的理论密钥率和传输距离;而后处理过程的计算速度,不可避免地会影响系统的实际安全密钥率。后处理过程包括的数据协调和私密放大分别需要使用纠错码和哈希函数来实现,它们均可以使用并行计算的方法来提高处理速度。FPGA作为一种成熟的大规模可编程器件,具有非常好的并行处理能力,还可以由用户根据需求通过编程来定制电路。本论文的主要研究目的是利用FGPA硬件加速技术提高CV-QKD的数据后处理速度,推进其实用化。主要工作包含:1.高速样条协调方案的FPGA设计与实现。首先,根据FPGA的特性改进了校验矩阵构造算法,开发了基于分层和积译码算法的LDPC译码器。然后,将该译码器应用到样条协调时,设计了两种不同的结构,即复用结构和非复用结构,来实现FPGA速度和面积之间的权衡。仿真结果表明,最大处理速度可以达到100.90 M symbols/s,其正确性在Xilinx VC709评估板上得到了验证。最后,提供了一些其他可能的方案,用以在有更多FPGA硬件资源的条件下来获得更好的性能。2.高效多维协调方案的实现。简要介绍了多维协调方案和多边类型LDPC码的原理,并在已有工作的基础上构造了译码性能良好的多边类型LDPC码,实现了高效的多维协调方案,协调效率最高可以达到99.01%。3.高速私密放大算法的FPGA设计与实现。使用CPU执行私密放大算法速度远远不能满足系统的需求,而有限码长效应进一步提高了数据量,这就对处理速度提出了更高的要求。基于FPGA的特性,本论文中提出了一种菱形块算法,将私密放大算法中逐个元素处理转变为逐块进行处理,极大地缩短了运算时间。该算法还有效地减少了所需的FPGA片上RAM存储资源,能够自动适应不同的输入和输出长度。该方案不仅可以应用到CV-QKD系统中,其他QKD系统甚至经典通信中均可以使用。4.数据后处理过程的FPGA整体实现。将样条协调和私密放大结合在一起,实现整体的后处理过程,从而实现CV-QKD系统的实时密钥提取,当信噪比为3.0时处理速度可以达到38.18 M symbols/s。该方案可以有效降低CV-QKD系统的功耗,推进系统的小型化和集成化。