连续变量量子密钥分发系统中关键技术的研究

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信息安全是一个具有重要意义的研究课题,目前广泛应用的数学密码体系是依赖于没有严格证明的数学难题,但是随着现行计算机的计算能力不断突破和量子计算机研制进度的加快,这种依赖于数学难题的信息安全体制将遇到严峻的挑战,人们开始寻找新的加密方式来应对即将出现的状况。量子领域的突出研究成果让人们把目光集中到量子上,量子保密通信紧接着被提出,量子保密通信是基于物理机制的密码学,这种新的思路方法给密码学科带来新的活力,给信息安全带来了新的希望。虽然量子保密通信是一门刚刚兴起的学科,但是它的出现改变了传统的基于数学方法的加密方式,并且它基于物理特性的无条件安全性给它带来了无与伦比的优势。量子保密通信将在人们以后的通信生活中扮演重要的角色。而量子保密的巨大的应用前景和商业价值,尤其是其在军事领域的先天优势,吸引了高校、政府和研究机构投入了大量资源与人力进行研究。量子保密通信领域里面最具有魅力的是量子密钥分发,这是因为经典加密中的一次一密加密方法。一次一密加密方式只要密钥是安全的,那么这种加密方式也是无条件安全的。因此人们倾注于大量精力来研究量子密钥分发技术。量子密钥分发技术分为离散变量量子密钥分发技术和连续变量量子密钥分发技术,离散变量量子密钥分发技术是最先被人们广泛研究的,并取得了一定的成果。与离散变量量子密钥分发技术相比,连续变量量子密钥分发技术有着自己独特的先天性优势。主要表现在:在信息载体的制备上,连续变量量子信号容易制备,并且所需设备成本低,而且容易集成;在原始密钥分发速率上,连续变量量子密钥分发技术能达到更快的原始密钥生成速率;在系统的稳定上,连续变量量子密钥分发系统具有非常好的通信稳定性和鲁棒性。本文详细阐述了连续变量量子密钥分发技术和系统,并对连续变量量子密钥分发系统中硬件架构、软件架构都进行了详细的阐述和分析,对系统中的关键技术和课题难点进行了研究,对系统同步技术的协议设计、稳定性分析进行了详细的研究和阐述,并在其中提出了若干创新性的技术方案。本文主要工作如下:(1).基于连续变量量子密钥分发系统的同步技术的研究。本文在连续变量量子密钥分发系统的基础上提出了一种自发同步的方案,这种方案能有效的克服连续变量量子在光通信过程中受到环境因素的影响,实现连续变量量子密钥分发端和接收端系统之间的同步。先从理论上介绍了这种同步方案的机制,接着在连续变量量子密钥分发系统上对这种同步方案的可行性进行了验证。在连续变量量子密钥分发系统上开展实验,在实验所得数据的基础上分析了这种同步方案所需时间和成功率等关键性能指标。(2).基于连续变量量子密钥分发系统的同步时钟的研究。本文先从连续变量量子密钥分发系统的特点上阐述系统间基准时钟的要求,在基于这些要求上提出了几种时钟同步的方案,并分析了每一种方案的对系统架构调整,每一种方案对连续变量量子密钥安全性的影响,然后详细分析了每一种方案的优缺点。(3).基于连续变量量子密钥分发系统的相位补偿技术的研究。本文在连续变量量子密钥分发系统的基础上提出了一种全新的相位补偿的方案,这种方案能有效的消除连续变量量子在光通信过程中受到环境因素的影响。先从理论上介绍了这种相位补偿方案的机制,然后在实现上进行了验证。并且分析了这种相位补偿方案的关键性能指标。
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