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

1、量子信息學科是量子論與信息論的交叉學科，由于量子疊加及量子糾纏等特性使其具有獨特的魅力。量子密鑰分發(fā)（QuantumKeyDistribution,QKD）的無條件安全性由量子力學的基本原理進行保證，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)是量子信息學科中最貼近于實際應用的一個發(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)有的技術水平條件下還無法達到，從而使實際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備無關量子密鑰分發(fā)（MeasurementDeviceIndependentQKD,MDI-QKD）方案進行克服，導致了攻擊者逐漸開始將源作為攻擊的主要目標。雙向結構的QKD系統(tǒng)由信宿負責向信源發(fā)送強光脈沖再由信源完成編碼后發(fā)回給信宿，這樣竊聽者Eve便可對這些強光脈沖進行任意操作甚至可完全替換——也即等價于在

3、雙向結構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)進行研究與實現(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理論基礎、典型的QKD協(xié)議并根據(jù)本文的研究內容詳細介紹了誘騙態(tài)策略。
　　其次，總結了實際QKD系統(tǒng)中源端的安全漏洞并給出相應的克服方法；結合誘騙態(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非可信源同時通信雙方可通過第三方共享價格昂貴的探測器從而大大節(jié)省了實現(xiàn)成本；然后，結合誘騙態(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行了仿真，結果表明，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計，并借助FPG

5、A完成了對控制與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的設計。在該系統(tǒng)的設計中，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行編碼，然后通過串口發(fā)送給上位機。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QKD過程的效率；
　　最后，對全文進行了總結與展望。本文所提出的基于偏振編碼的雙向MDI-QKD方案由網(wǎng)絡中的服務方提供價格昂貴的光源與探測器，而通信的雙方只需要相應的