非可信源條件下量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、量子信息學(xué)科是量子論與信息論的交叉學(xué)科，由于量子疊加及量子糾纏等特性使其具有獨(dú)特的魅力。量子密鑰分發(fā)（QuantumKeyDistribution,QKD）的無條件安全性由量子力學(xué)的基本原理進(jìn)行保證，從根本上解決了密鑰分發(fā)的安全性問題。目前，量子密鑰分發(fā)是量子信息學(xué)科中最貼近于實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)發(fā)展方向。理想的量子密鑰分發(fā)協(xié)議要求單光子源和單光子探測器均是理想的，然而這在目前現(xiàn)有的技術(shù)水平條件下還無法達(dá)到，從而使實(shí)際QKD系統(tǒng)極易遭受到各種

2、各樣的攻擊，如光子數(shù)分割攻擊（PhotonNumberSplitting,PNS）和邊信道攻擊。目前探測器端的漏洞可以通過測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)（MeasurementDeviceIndependentQKD,MDI-QKD）方案進(jìn)行克服，導(dǎo)致了攻擊者逐漸開始將源作為攻擊的主要目標(biāo)。雙向結(jié)構(gòu)的QKD系統(tǒng)由信宿負(fù)責(zé)向信源發(fā)送強(qiáng)光脈沖再由信源完成編碼后發(fā)回給信宿，這樣竊聽者Eve便可對這些強(qiáng)光脈沖進(jìn)行任意操作甚至可完全替換——也即等價(jià)于在

3、雙向結(jié)構(gòu)QKD系統(tǒng)中源完全由Eve控制，這就使源變的未知且非可信。本文對非可信源條件下QKD系統(tǒng)進(jìn)行研究與實(shí)現(xiàn)。
　　首先，簡要介紹了量子保密通信和量子密鑰分發(fā)的基本概念、發(fā)展現(xiàn)狀及實(shí)際QKD系統(tǒng)中存在的安全隱患；介紹了保證量子密鑰分發(fā)無條件安全性的量子力學(xué)理論基礎(chǔ)、典型的QKD協(xié)議并根據(jù)本文的研究內(nèi)容詳細(xì)介紹了誘騙態(tài)策略。
　　其次，總結(jié)了實(shí)際QKD系統(tǒng)中源端的安全漏洞并給出相應(yīng)的克服方法；結(jié)合誘騙態(tài)策略提出了一種非可信源

4、條件下基于偏振編碼的MDI-QKD系統(tǒng)方案并給出了具體的協(xié)議過程，該方案只在非可信的第三方采用了一個(gè)非可信源同時(shí)通信雙方可通過第三方共享價(jià)格昂貴的探測器從而大大節(jié)省了實(shí)現(xiàn)成本；然后，結(jié)合誘騙態(tài)策略的分析方法以及被動監(jiān)控策略完成了無條件安全性分析，并給出了其無條件安全成碼率公式并進(jìn)行了仿真，結(jié)果表明，采用非可信源的MDI-QKD系統(tǒng)與理想的MDI-QKD系統(tǒng)相比安全成碼率并無明顯降低。
　　第三，完成了采集前電路的設(shè)計(jì)，并借助FPG

5、A完成了對控制與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們使用了外部同步觸發(fā)信號來完成對探測器輸出信號的采集，并將采集得到的信號按照段號及位置信息進(jìn)行編碼，然后通過串口發(fā)送給上位機(jī)。通過該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以得到用于后續(xù)QKD過程的高可信度的原始信息，有助于提高整個(gè)QKD過程的效率；
　　最后，對全文進(jìn)行了總結(jié)與展望。本文所提出的基于偏振編碼的雙向MDI-QKD方案由網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)方提供價(jià)格昂貴的光源與探測器，而通信的雙方只需要相應(yīng)的