連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、信息安全是一個(gè)具有重要意義的研究課題,目前廣泛應(yīng)用的數(shù)學(xué)密碼體系是依賴于沒有嚴(yán)格證明的數(shù)學(xué)難題,但是隨著現(xiàn)行計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力不斷突破和量子計(jì)算機(jī)研制進(jìn)度的加快,這種依賴于數(shù)學(xué)難題的信息安全體制將遇到嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),人們開始尋找新的加密方式來應(yīng)對(duì)即將出現(xiàn)的狀況。量子領(lǐng)域的突出研究成果讓人們把目光集中到量子上,量子保密通信緊接著被提出,量子保密通信是基于物理機(jī)制的密碼學(xué),這種新的思路方法給密碼學(xué)科帶來新的活力,給信息安全帶來了新的希望。雖然量子

2、保密通信是一門剛剛興起的學(xué)科,但是它的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)的基于數(shù)學(xué)方法的加密方式,并且它基于物理特性的無條件安全性給它帶來了無與倫比的優(yōu)勢(shì)。量子保密通信將在人們以后的通信生活中扮演重要的角色。而量子保密的巨大的應(yīng)用前景和商業(yè)價(jià)值,尤其是其在軍事領(lǐng)域的先天優(yōu)勢(shì),吸引了高校、政府和研究機(jī)構(gòu)投入了大量資源與人力進(jìn)行研究。
　　量子保密通信領(lǐng)域里面最具有魅力的是量子密鑰分發(fā),這是因?yàn)榻?jīng)典加密中的一次一密加密方法。一次一密加密方式只要密鑰是安全

3、的,那么這種加密方式也是無條件安全的。因此人們傾注于大量精力來研究量子密鑰分發(fā)技術(shù)。量子密鑰分發(fā)技術(shù)分為離散變量量子密鑰分發(fā)技術(shù)和連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)技術(shù),離散變量量子密鑰分發(fā)技術(shù)是最先被人們廣泛研究的,并取得了一定的成果。與離散變量量子密鑰分發(fā)技術(shù)相比,連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)技術(shù)有著自己獨(dú)特的先天性優(yōu)勢(shì)。主要表現(xiàn)在:在信息載體的制備上,連續(xù)變量量子信號(hào)容易制備,并且所需設(shè)備成本低,而且容易集成;在原始密鑰分發(fā)速率上,連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)

4、技術(shù)能達(dá)到更快的原始密鑰生成速率;在系統(tǒng)的穩(wěn)定上,連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)具有非常好的通信穩(wěn)定性和魯棒性。
　　本文詳細(xì)闡述了連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)技術(shù)和系統(tǒng),并對(duì)連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中硬件架構(gòu)、軟件架構(gòu)都進(jìn)行了詳細(xì)的闡述和分析,對(duì)系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)和課題難點(diǎn)進(jìn)行了研究,對(duì)系統(tǒng)同步技術(shù)的協(xié)議設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性分析進(jìn)行了詳細(xì)的研究和闡述,并在其中提出了若干創(chuàng)新性的技術(shù)方案。
　　本文主要工作如下:
　　(1).基于連續(xù)變量量子

5、密鑰分發(fā)系統(tǒng)的同步技術(shù)的研究。本文在連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上提出了一種自發(fā)同步的方案,這種方案能有效的克服連續(xù)變量量子在光通信過程中受到環(huán)境因素的影響,實(shí)現(xiàn)連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)端和接收端系統(tǒng)之間的同步。先從理論上介紹了這種同步方案的機(jī)制,接著在連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)上對(duì)這種同步方案的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。在連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)上開展實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上分析了這種同步方案所需時(shí)間和成功率等關(guān)鍵性能指標(biāo)。
　　(2)

6、.基于連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的同步時(shí)鐘的研究。本文先從連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的特點(diǎn)上闡述系統(tǒng)間基準(zhǔn)時(shí)鐘的要求,在基于這些要求上提出了幾種時(shí)鐘同步的方案,并分析了每一種方案的對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)調(diào)整,每一種方案對(duì)連續(xù)變量量子密鑰安全性的影響,然后詳細(xì)分析了每一種方案的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　(3).基于連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的相位補(bǔ)償技術(shù)的研究。本文在連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上提出了一種全新的相位補(bǔ)償?shù)姆桨?這種方案能有效的消除連續(xù)變量量子