基于GPU的QKD后處理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、隨著量子計算的興起，基于計算復(fù)雜度的現(xiàn)代密碼學(xué)正面臨嚴(yán)重威脅，這些加密方式在量子計算強(qiáng)大的并行計算能力面前不堪一擊。唯一被證明絕對安全的一次加密算法又面臨密鑰的產(chǎn)生和分發(fā)問題，無法大規(guī)模應(yīng)用，然而量子密鑰分配，即QKD(Quantum Key Distribution)的出現(xiàn)使得一次加密算法有了用武之地。目前階段大都采用FPGA(Field－Programmable Gate Array)進(jìn)行QKD后處理系統(tǒng)的實現(xiàn)，但是FPGA實現(xiàn)QK

2、D后處理系統(tǒng)存在資源有限、時鐘頻率有限以及數(shù)據(jù)源速率的限制，各個數(shù)據(jù)處理模塊內(nèi)部算法會受到硬件的制約以及信道的擾動，處理速率無法滿足實際需求。
　　本文主要研究內(nèi)容是使用GPU(Graphics Processing Unit)對量子密鑰分配(QKD)后處理系統(tǒng)的算法過程進(jìn)行加速。QKD后處理系統(tǒng)包括五個模塊，分別是篩選模塊、誤碼估計模塊、誤碼協(xié)商模塊、保密增強(qiáng)模塊以及信道認(rèn)證模塊。其中本文進(jìn)行改進(jìn)和加速的模塊為誤碼協(xié)商模塊和保密

3、增強(qiáng)模塊。
　　誤碼協(xié)商模塊負(fù)責(zé)糾正篩選碼中的誤碼，輸出一致的無誤碼，該過程可能復(fù)雜度較高，該過程的效率直接影響到整個QKD后處理系統(tǒng)的效率，因此，對該過程進(jìn)行加速是非常有必要的。該加速過程分為三個階段，首先本文中利用CPU對LDPC(Low Density Parity Check Code)誤碼協(xié)商過程進(jìn)行了實現(xiàn)，采用了BP(Belief Propagation)算法，其次，對該算法進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)之后其效率有明顯的提高，最后，

4、本文利用GPU對該過程進(jìn)行實現(xiàn)，效率比在CPU上算法改進(jìn)后的效率有更大的提升。
　　在量子密鑰分發(fā)過程中，經(jīng)過誤碼協(xié)商之后，由于竊聽者Eve也能從量子信道以及經(jīng)典信道中得到信息，所以會不安全。保密增強(qiáng)能夠?qū)鬏斨械男畔⑿孤断?，能夠提高最終生成的密鑰的安全性。本文中對該部分優(yōu)化時主要用到了Toeplitz矩陣和快速傅里葉變換(FFT)，首先在CPU的基礎(chǔ)上對該過程進(jìn)行實現(xiàn)，然后利用FFT對該過程用到的算法進(jìn)行改進(jìn)，最后利用GPU對