一、量子通信QKD的效率及安全性分析（论文文献综述）
褚斌杰[1]（2021）在《实际环境下连续变量量子密钥分发系统的安全性分析及性能提升》文中指出量子密钥分发是量子密码学领域的重要技术之一,其借助于量子物理学中的不可克隆原理,能够使合法通信双方实现信息论上无条件安全的密钥分发。通常根据编码密钥信息的量子态的维度,量子密钥分发分为离散变量和连续变量两大类。其中离散变量量子密钥分发较早被研究人员提出,这类协议多利用单光子的相位和偏振等进行密钥信息的编码,作为信息载体的量子态所处的空间是有限维的。连续变量量子密钥分发使用的量子态所处的空间是无限维的,编码密钥的信息载体是光场正则分量,其产生较晚,但是一经提出很快获得了广泛的关注,尤其是其中的相干态类协议。这是因为其利用经典相干光通信系统中成熟的标准电信器件就可以实现,显着地降低了对量子态制备和探测技术的要求,此外,其抵抗串扰能力更强,具有与经典光通信网络兼容的能力,能够进一步节省实际部署的成本,因而展现出了获得大规模实际应用的潜能。安全性是整个量子密钥分发领域的基石,是量子密钥分发首先要保证的关键。尽管连续变量量子密钥分发的理论安全性分析发展较为完善,但其在走向实际应用的道路中,还面临着实际系统与理论模型不匹配的问题,这将导致安全性漏洞的出现,系统将存在被窃听者攻击的风险。因此需要采取相应的措施,一方面通过设计不依靠可信设备的协议,但其完善的安全性证明的实现较为困难;另一方面可以通过在实际系统中增加监控模块,由于其实现方便,是解决此问题的可行方案。在保证安全性的前提下,实际的连续变量量子密钥分发系统追求的目标是在尽可能简化的系统结构下实现高性能,包括更长的安全传输距离和更高的安全密钥速率。针对以上在实际环境下连续变量量子密钥分发系统所面临的两大问题,本论文进行了如下的研究工作:1.针对实际的单路连续变量量子密钥分发系统光源端的安全性问题,分析并指出了传统的光源监控方案可能导致的安全性漏洞,并提出了一种新型的光源监控方案。光源监控对于实际的连续变量量子密钥分发系统极其重要,因为它是保障实际安全性的第一道屏障,然而在实际环境下,我们经分析发现光源噪声主要来源之一的激光器的相对强度波动,现有的光源监控方案会造成安全码率高估,从而导致安全性漏洞出现,窃听者可以利用它掩盖其攻击行为。我们提出了一种利用一次散粒噪声单位标定方法的实际光源监控方案,其能够实时监测相对强度噪声对最终安全码率的影响,从而关闭由其引发的安全性漏洞,达到增强实际系统安全性的目的。2.针对连续变量测量设备无关量子密钥分发系统光源端的安全性问题,提出了使用一次散粒噪声单位标定的光源监控方案。连续变量测量设备无关量子密钥分发能够抵御所有针对探测端的攻击,但是光源端的安全性却仍然无法保障,因此需要通过光源监控保障实际安全性。为了能够使光源监控结果在激光器强度存在波动的情况下准确反映实际的光源输出结果,我们采用使用一次散粒噪声单位标定方法的光源监控方案,并且根据连续变量测量设备无关量子密钥分发系统中Alice和Bob两个光源端对资源的分配情况,分析了三种光源监控情况下的安全性。结果表明,连续变量测量设备无关量子密钥分发系统在使用任意一种光源监控方案时都能够获得比较优良的性能,更重要的是,激光器的相对强度噪声的影响可以被实时监控,在增强了测量设备无关系统的实际安全性的同时,不会导致新的安全性问题。3.针对连续变量量子密钥分发系统的性能提升问题,提出通过偏振复用提高连续变量量子密钥分发系统的安全码率,并首次进行了双偏振调制的原理性验证实验。目前的连续变量量子密钥分发系统仅利用了一个偏振通道编码密钥信息,另一路正交的偏振通道是闲置的,这造成了珍贵的信道资源的浪费。为了进一步提高信道的频谱效率,提升系统最终的安全码率,采用偏振复用技术进行连续变量量子密钥分发,并提出了一种能够对偏振复用系统中相位漂移和偏振混叠同时进行补偿的双参考方案。我们首次通过原理性验证实验验证了其在双偏振调制系统上的可行性。该补偿方案无需增加硬件结构,通过后处理即可实现,能够简化系统实施的复杂度。四态调制协议的安全性分析表明该偏振复用系统有望在25 km传输距离下实现50 kbps的安全码率。除了能够提升安全码率,该系统消除了对于偏振控制的需要,并且能够应用成熟的相干光模块来构建,进一步降低了系统实现的成本,具有广泛的实际应用前景。
周芬[2]（2021）在《双场量子密钥分发的研究》文中指出量子通信基于量子物理原理,理论上能保证信息传递的绝对安全性。通信过程中,通信一方将密钥信息加载在量子态上,通过量子信道传输至信息接收方,接收信息后双方按照约定的协议来提取出安全密钥,进而实现信息的传递。量子通信在实际实验过程中往往会面临各种安全性问题,这些安全性问题主要集中在系统的光源和探测部分。诱骗态协议和测量设备无关协议的提出很好地解决了光源的多光子问题和探测器不完美的问题。2018年提出的双场量子密钥分发协议能够有效突破传统点对点量子密钥分发协议所无法突破的密钥容量限制,具有极高的实用性。本文针对双场量子密钥分发协议展开系统性研究。本文前两章首先概述了经典密码学与量子密码学的发展,由此引出量子密码学的关键部分——量子密钥分发。接着,对量子通信中涉及到的主要物理基础知识进行了简单的介绍。随后,对量子通信中的关键协议原理及安全密钥计算方式进行了详细研究。同时,也详细介绍了量子通信系统中的关键组成模块。在有了前期的理论研究基础后,本文在第三和第四两章展开了对双场量子密钥分发的深入研究。第三章介绍了双场量子密钥分发协议的原理,并对其安全性进行了详细分析。具体来讲,双场量子密钥分发协议是基于具有相同随机相位的两个光场进行一阶干涉而实现的,能实现长距离的量子密钥分发,且能有效突破量子密钥容量限制。即使是在遭到针对相位后处理的聚束分离攻击后,依然能有较好的密钥表现。同时,对基于双场量子密钥分发协议的改进协议进行了对比分析。第四章提出了基于预报单光子源的双场量子密钥分发方案。方案中使用预报单光子源来代替具有高暗计数率的弱相干态光源,同时引入诱骗态来抵抗光字数分离攻击。该方案能有效提高密钥传输距离。且随着探测效率的提高,方案的密钥率表现提高显着。
张飞扬[3]（2021）在《量子密钥分发协议与密钥路由算法研究》文中研究指明保证通信信息的安全性一直是人们研究的重点,传统的通信加密方式因为量子算法和量子计算机的出现,呈现了不可避免的弊端,所有依靠于RSA、ECC等非对称加密算法的通信网络存在着巨大的安全隐患。在世界上第一个量子密钥分发（Quantum Key Distribution,QKD）协议——BB84协议提出之后,基于QKD的量子保密通信就进入了人们的视野。尽管对于QKD的研究已经发展了近四十年的时间,现有基于QKD的量子保密通信系统仍然存在很多亟待解决的问题。例如,没有考虑通信双方身份的合法性,没有考虑QKD系统在实际使用当中存在的不理想情况,如信道噪声、设备误差、探测误差等,需要在量子密钥分发协议中添加合适的方法来进行身份认证和误码的纠正。另外,QKD协议只支持短距离、直连式、点对点的密钥分发,在大规模的量子网络应用中,一方面需要设计一个高效的多用户群组密钥协商协议,另一方面需要综合考虑QKD网络中的多种因素,设计一种量子密钥路由算法,解决远距离、跨设备的密钥路由问题。本文依托于保密通信国防科技重点实验室项目,围绕现有QKD系统存在的以上问题,设计对应改进的量子密钥分发协议与量子密钥路由算法,主要创新工作如下:1.首先,本文定义了一个基于软件定义网络的量子密钥分发网络四层架构,用以确定本文协议和算法的工作层级和工作模式。然后面向短距离点对点式的密钥分发,针对现有研究没有考虑身份认证、不理想的现实环境、成钥率较低等多种问题,提出了一种基于Bell态的认证量子密钥分发（Based on Bell State with Authentication Quantum Key Distribution,BBS-AQKD）协议,该协议能够在密钥协商的阶段同时实现量子身份认证与量子密钥分发,并具有快速身份校验、误码估计、误码纠错等功能。通过安全性分析,证明了该协议中共享密钥和身份认证的安全性。2.针对大范围网络下的群组安全通信,基于BBS-AQKD协议的安全性保证,提出了一种划分密钥域的量子群组密钥协商（Partitioning Key Domain Quantum Group Key Agreement,PKD-QGKA）协议。与传统的组密钥协商协议相比,该协议采用分布式的思想,组密钥的生成是由所有组成员共同计算得到的,避免了单一节点造成的不可信问题;另外划分密钥域的方式可以在已有密钥资源的基础上,减少了密钥协商轮次,加快了组密钥的生成速率。3.面向远距离、可信中继式的密钥路由,针对现有研究度量方式不够全面、路由算法不够合理等问题,综合考虑了链路长度、链路跳数、信道噪声、可用密钥量以及服务质量等多种因素,设计了一个新的路由度量函数——链路贡献度,并基于链路贡献度提出了一种量子密钥路由算法（Based on Link Contribution Quantum Key Routing Algorithm,BLC-QKRA）。仿真实验表明,该算法在密钥分布率、平均密钥传递时延以及网络服务质量等方面均优于现有研究。4.针对本文所提出的协议和算法,搭建实现了量子密钥分发网络监管系统,分别实现了BBS-AQKD协议和BLC-QKRA路由算法。并利用协议的执行结果,实现了数据信息的加密传输以及完整性校验;利用密钥路由算法,实现了密钥路由路径的快速计算。
王凯[4]（2021）在《基于相干态光源的量子保密通信关键技术研究》文中研究说明在传统保密通信技术中,人们通常采用数学算法或数学难题进行信息加密从而保证传输数据的安全性。然而,传统的保密通信技术的安全性依赖于计算机的运算能力。随着量子计算机和量子算法的兴起和发展,如shor算法,使得人们可以在很短的时间内破解基于数学算法的加密技术从而威胁传输信息的安全性。量子保密通信利用海森堡测不准原理实现数据的安全传输,开辟了一个全新的安全传输思路。本文以基于相干态光源的量子保密通信技术为核心,重点研究相干态量子噪声流加密和相干态高维循环差分相位-时间量子密钥分发两大关键技术,分析了量子相关攻击下量子噪声流加密系统的安全性并推导了数据、运行密钥以及系统的安全容量表达式,以及针对量子噪声流加密系统的安全薄弱环节,提出了多项数域安全增强技术,利用数域映射规则增大噪声对信号态不同比特位置的影响;针对相干态循环差分相位量子密钥分发技术安全密钥速率低及无法容忍环境中大噪声的问题,在未增加原协议的实验复杂性以及安全假设条件下,通过构建量子态的时间和相位自由度编码增加希尔伯特空间维度,提出一种相干态高维循环差分相位-时间量子密钥分发技术,具有较高的安全密钥速率以及对环境中大噪声的鲁棒性。此外,本文搭建相干态高维循环差分相位-时间量子密钥分发实验来验证提出方案的性能。这些研究为未来基于相干态的量子噪声流加密和基于相干态的量子密钥分发的部署以及两者的联合协作奠定了坚实的基础。本文的主要工作和创新成果总结如下:1)针对QNSC中单一比特数据映射规则无法直接应用于多比特数据映射的问题,本文提出了基于多比特数据的星座图旋转映射方法,根据不同的基对多比特数据的星座图进行不同的旋转,从而在不增加系统复杂度的条件下实现多比特数据的映射,提升原QNSC中多比特数据映射的安全性。通过搭建IM/DD-OFDM的QNSC仿真模型讨论不同光信噪比下基于多比特数据的星座图旋转映射方法对QNSC系统性能的影响。2)针对QNSC系统中噪声对密文高比特位置的影响较小从而威胁系统的安全性的问题,本文提出一种基于加密基的奇偶性的按位取非映射方法,改善噪声对QNSC系统中密文高比特位置的影响并提升了系统的安全性。通过搭建IM/DD-OFDM的QNSC仿真模型讨论不同光信噪比下基于基的奇偶性的按位取非映射方法对于密文中噪声分布的影响以及对传输性能的影响。3)量子相关攻击下,相干态BPSK/QNSC系统的安全问题。基于量子理论与量子信息,本文搭建相关攻击下相干态BPSK/QNSC的安全分析模型,推导相关攻击下相干态BPSK/QNSC的数据、运行密钥以及系统总体的最大安全容量表达式,并讨论不同参数下数据、运行密钥以及系统总体的最大安全容量的变化趋势。4)针对相干态RRDPS-QKD中安全密钥速率低及无法容忍环境中大噪声的问题,本文提出相干态高维RRDPTS-QKD,改善RRDPS的安全密钥速率,并对环境中大噪声具有鲁棒性。基于不同光子数态,推导相关攻击下RRDPTS的安全密钥速率公式。通过相位随机化理论将其推广到可应用于实际的一般模型:相干态。从而证明相关攻击下相干态RRDPTS-QKD的安全性并可推广到集体攻击。此外,搭建并实现80 km-140 bit/s的高维RRDPTS-QKD实验系统并分析不同参数对于安全密钥速率以及量子比特错误率的影响。
熊艳[5]（2021）在《量子通信中密钥率优化研究》文中指出近年来,量子通信凭借其高保密性、高效率等特质,在各大媒体中频频亮相,吸引了广泛的关注。量子密钥分发（Quantum Key Distribution,QKD）作为量子通信中的关键技术,依据“量子不可克隆定理”和“海森堡测不准定理”在信息加密方面展现了一定的优势。在QKD中,发送方将信息编码到量子态上,通过信道与接收方共享随机产生的密钥。但实际上,量子密钥分发系统和理论上存在一定的出入,从而会其传输密钥的效率,即密钥率。不管是通过自由空间还是光纤信道都会受到不可避免的噪声影响,造成密钥率过低。除了信道以外,还受到用于QKD实验搭建的技术手段限制,例如探测器探测效率过低,光源产生用于携带信息的单光子比例较低等问题,制约着QKD效率的提高。密钥率和最大安全传输距离都是衡量一个QKD协议性能的关键所在,也是目前面临的两大难题。自第一个QKD协议BB84于1984年提出,此后的三十余年,QKD协议基于其性能优化在不断更新。故本论文主要通过分析影响密钥率因素,以提高密钥率为最终目标,从三个方面入手对QKD协议进行密钥率优化研究。具体内容如下:（1）理论优化:由于大部分QKD协议使用弱相干态光源（Weak Coherent Source,WCS）,其单光子比例较低。从而在Bennett于1992年发表的量子密钥分发协议（B92）上引入轨道角动量（Orbital Angular Momentum,OAM）和脉冲位置调制（Pulse Position Modulation,PPM）技术,提出基于OAM态和PPM调制的B92协议（PPM-OAM-B92）。PPM帧中的时隙位置将携带n位的编码信息,单光子携带的信息扩大为原来的n倍。同时OAM态解决了基的依赖性问题并增加了安全传输距离。实验结果表明PPM-OAM-B92协议可有效提高密钥率和安全性。（2）设备优化:提出了一种基于预报单光子源（Heralded Single Photon Source,HSPS）的三诱骗态的相位匹配量子密钥分发协议（Phase Matching Quantum Key Distribution,PM-QKD）,称为三诱骗态HSPS-PM-QKD协议。通过分析WCS和HSPS光源的性能,得出HSPS比WCS光源产生单光子概率更高的结论,并且能有效降低光子数分离攻击（Photon Number Splitting Attack,PNS）攻击,减少信息泄露。实验结果表明改进后的协议提高了原协议的密钥率以及安全传输距离。同时基于有限诱骗态协议,制备更加简单实用。（3）技术引入:由于量子通信网络的发展为QKD系统设置参数带来了巨大的计算量,引入机器学习的方法在已知“实验参数”（例如信道损耗、探测器效率、相位失调、暗计数等）的情况下,快速预测能得到最优密钥率下的“光强参数”（信号态和诱骗态的强度以及概率）设置。基于Wang W提出的多层感知机模型（Multilayer Perceptron,MLP）引入了岭回归和批归一化得到新的模型（MLP-AN）,提高模型的拟合能力,从而得到更好的预测效果。并通过与MLP模型对比实验进行分析,表明优化后的模型在预测QKD“光强参数”拟合性更好。综上所述,本文从三个方面入手对QKD密钥率进行改进,他们分别是本文提出的PPM-OAM-B92协议、三诱骗态HSPS-PM-QKD以及MLP-AN模型。他们都在密钥率优化方面得到了较好的效果。最后对量子密钥分发系统的可优化方面进行了总结和展望。
孟则霖[6]（2021）在《基于轨道角动量光子的高维量子通信协议研究》文中研究指明随着人类进入信息时代,信息传递、存储和交换的需求日益递增,同时这也使得信息的安全和保密问题日益严峻。科学家们试图从不同的学科和角度研究信息安全的机制和实现手段,由此出现了RSA、El Gamal、椭圆曲线、DES和AES等基于计算复杂性的公钥密码体制的现代密码通信。而这些基于计算复杂性的密码体制都面临着量子计算机的致命威胁。2019年10月,谷歌公司在Nature发表的研究表明,其开发的53比特量子计算机已实现“量子霸权”,如果量子比特数量进一步提升,基于计算复杂性的传统密码体系在量子计算机面前将不堪一击,这就促使了人们寻找安全性不依赖于计算能力限制的密码系统。量子密码（quantum cryptography）正是在这种迫切需求下应运而生的,它利用了量子物理基本原理来保证信息传递的安全性,从理论上讲具有无条件安全性。1984年,第一个量子密钥分发（quantum key distribution,QKD）协议——BB84（Bennett and Brassard in1984）协议被提出,许多相关研究接踵而至,使得量子密码领域有了突飞猛进的发展。目前,QKD协议的安全性已被许多实验所验证,甚至一些科技企业也开发了适用于军事或商业的QKD解决方案,这都为未来QKD的大规模应用打下了坚实的基础。然而现有的QKD协议的商业化和大规模应用仍然面临着许多挑战。首先,根据Pirandola-Laurenza-Ottaviani-Banchi（PLOB）基本码率限制,QKD的安全码率随着传输距离的增长呈指数衰减,这使得QKD协议在长距离通信中很难实现高速通信;此外,现有的QKD协议大多采用光子的偏振或相位作为量子比特的载体,这种自由度在传输过程中极易受到相位失配的影响,降低协议的实用性。本文主要关注采用光子的轨道角动量自由度来改进现有的QKD协议,以解决现有基于光脉冲相位或偏振的QKD协议的缺点,并提升其安全性和安全密钥率。本文完成的工作主要包括如下几个方面:（1）较全面地介绍了QKD系统的原理,详细介绍了基本的量子密钥分发协议、后处理方法以及QKD系统的组成部分等,并重点介绍了QKD协议的安全性分析理论、安全密钥率分析方法、诱骗态协议等重要知识。同时,本文还对光子轨道角动量（OAM）自由度的基础知识进行了说明,并介绍了其在QKD协议中的应用和最新进展。本文还介绍了2018年提出的可以克服PLOB基本码率限制的TwinField QKD（TF-QKD）协议以及相关工作。（2）基于上述背景,本文提出了一种使用光子轨道角动量对TF-QKD进行改进的协议,即OAM-TF-QKD协议。新提出的协议采用OAM对经典比特进行编码,并利用OAM的旋转不变性克服传统光脉冲相位编码方式需要校准的缺点,从而提升了TF-QKD的实用性。同时,由于OAM具有高维特性,可以扩展编码空间,本文提出的协议利用OAM的这一优点提出了高维的OAM-TF-QKD,并给出了新颖的协议理论方案,并分析了该协议的安全码率,分析结果显示本方案提升了可产生安全密钥的量子比特错误率的阈值范围,从而提升了协议的安全性。通过文中的数值模拟可以看出,高维的OAM-TF-QKD协议与二维的TF-QKD相比可以减少通信双方与窃听者之间的互信息,从而提升安全码率。（3）另外,本文在[2014 New J.Phys.16 063052]的基础上提出了一种基于光子总角动量的高维QKD协议,简化了原有协议的设备方案。并利用喷泉码的思想提出了一种实用的隐私放大方案,采用该方案,通信双方可以根据窃听检测结果和信道情况动态调整参数,达到编码效率和安全性的平衡;同时本文还给出了该方案的数值仿真结果以佐证上述结果。
王萌[7]（2021）在《量子纠缠及其非局域性在量子通信中的研究》文中研究指明量子通信的核心是量子密钥分发（Quantum key distribution,QKD）。其安全性主要是基于量子不可克隆定理和海森堡不确定原理,在理论上满足“一次一密”加密系统的要求。在实际的应用中,QKD协议所需的理想条件很难达到,所以,进一步,在 QKD 的基础上,测量设备无关 QKD（Measurement device independent,MDI-QKD）有效的解决了针对探测器端的量子黑客攻击,同时利用其结构的优势将通信距离延长了两倍。现有的MDI-QKD协议通常采用弱相干光子（Weak coherent photons,WCP）,这种光源是通过衰减激光获得的,含有较高比例的真空状态和多光子状态,而单光子的占比较少,这导致协议很容易遭受光子数分离（Photon number separation,PNS）攻击。此外,目前基于偏振的协议都存在参考系依赖基校准的问题,而且,极化态在通信过程中产生态漂移,会影响密钥率的产生。为了解决以上问题,我们提出基于参量光源和轨道角动量（Orbital angular momentum,OAM）的MDI-QKD协议。同时,对于量子通信来说,它的未来必然是建立在量子网络的基础上,量子网络中的非局域性在量子网络通信的研究中起着至关重要的作用。但在量子网络中,量子非局域性的表征是很困难的,尤其是在多个信源和多个参与方的情况下。鉴于此,本文证明了基于三粒子纠缠W态与其他纠缠态组成的混态的量子网络非局域性。本文的主要研究内容如下:（1）本文提出了基于参量光源和OAM的MDI-QKD通信协议。该协议将参量光源和OAM相结合,使得MDI-QKD协议的性能逐渐接近理想情况。本文中所使用的参量光源主要包括单光子增强相干光源（Single-photon-added-coherent sources,SPACS）和标记单光子源（Heralded single-photon sources,HSPS）。本文提出了基于SPACS光源和HSPS光源的OAM-MDI-QKD协议。SPACS光源不含真空态,而且其光源中所包含的单光子比例较高。SPACS的这种优势结合OAM不依赖于基的特点和诱骗态方法,使得协议逐渐接近理想情况。对于标记单光子源（HSPS）而言,参量下转换中产生一对光子对,通过对其中的一个光子进行探测以此来标记另一个光子的过程可以得到HSPS。而在这个过程中,大量的真空态被消除,从而提高了密钥速度,增长了最大安全距离。（2）接着,本文对基于SPACS和HSPS光源的OAM-MDI-QKD协议进行安全性分析,同时进行数值仿真,将本文提出的基于两种参量光源的OAM-MDI-QKD协议与基于WCP的OAM-MDI-QKD协议在密钥率和最大安全距离这两个性能指标上进行了比较。通过数值仿真,结果表明,与基于WCP光源的协议相比,基于HSPS和SPACS两种参量光源的协议具有更高的光子利用率和更长的传输距离,最大安全传输距离增加了 30km和40km。（3）最后,本文针对量子通信在量子网络中的应用,提出了基于三粒子纠缠W态的量子网络的非局域性证明。本文使用W态作为量子源,构造针对W态的测量基,并计算其关键数值,得到其对非线性Bell不等式的违反,证明了量子网络的非局域性。接着,本文将W态和二分纠缠纯态的混态作为量子源,同时将这种测量方式推广至有N个参与方的量子网络,证明了N方量子网络的非局域性成立。此外,为了验证该研究是否具有实际作用,本文加入了噪声,计算当量子网络中含有噪声时,量子非局域性的违反依然成立,证明了在基于W态的多方量子网络中允许噪声的存在。
毛钱萍[8]（2020）在《多自由度和非理想光源场景下量子密钥分发协议研究》文中进行了进一步梳理基于量子物理学的量子保密通信,利用量子信息技术在通信双方之间建立安全密钥,然后再将密钥用于保护通信数据的方案,从而达到保密通信的目的,具有更高的安全性,引起了密码学上的高度重视,被认为是未来发展潜力巨大的一种保密通信。量子密钥分发（QKD）,作为量子保密通信的关键技术,是量子密码学中重要的一个研究方向。QKD以量子态为信息载体,依据量子力学的“量子不可克隆定理”和“海森堡测不准原理”,确保密钥的不可窃听和不可破解,在通信双方之间共享安全的随机密钥。它克服了经典加密技术的安全隐患,是被严格证明、能够从原理上保证无条件安全的密钥分发技术。QKD技术发展至今,在实际应用方面还存在光源设备、系统探测设备和系统性能不够理想等多方面的问题。本论文从信息编码角度研究QKD系统中使用脉冲位置调制和多自由度量子态编码、从非理想光源角度研究实际光源可信度问题和光源精确可控问题,提出了四种改进的量子密钥分发协议,以提高QKD系统的性能,具体内容和创新点如下:（1）提出基于脉冲位置调制的测量设备无关量子密钥分发协议。鉴于常用的弱相干光源存在单光子脉冲比例少的问题,在测量设备无关量子密钥分发协议（MDI-QKD）模型基础上,将脉冲位置调制（PPM）技术引入到MDI-QKD协议的数据后处理的过程中,研究了基于脉冲位置调制的测量设备无关量子密钥分发（PPM-MDI-QKD）协议。该协议将空脉冲和单光子脉冲结合,充分利用弱相干光源中的空脉冲,利用单光子脉冲的位置实现高维编码。结果表明该协议可以有效地提高系统最终的安全密钥率。（2）提出基于偏振-相位的多自由度的量子密钥分发协议。将光子同时可以具有多个自由度上的量子态特性引入到QKD协议中,研究了利用多个自由度上量子态混合编码的量子密钥分发协议。协议中选取量子通信中常用的偏振和相位两个自由度,结合不需要监控信号干扰的循环差分相移量子密钥分发（RRDPS-QKD）,建立了基于偏振-循环差分相移的量子密钥分发协议模型。此协议通过利用偏振和相位两种自由度上的量子态进行混合编码,使得光子携带的信息量突破单自由度单比特信号的局限,从而提高了QKD系统的密钥率。（3）提出基于不可信光源的即插即用循环差分相移量子密钥分发协议。量子密钥分发在实际实现时,存在物理设备环境影响所产生的波动以及传输光线的双折射效应等干扰因素,会破坏RRDPS-QKD协议中依赖的可信光源假设,导致QKD系统的安全性受到威胁。为克服该问题,研究了即插即用的RRDPS-QKD协议。该协议通过双向传输对信道的双折射效应进行自我补偿方案,建立可使用不可信光源的即插即用RRDPS-QKD协议模型,避免了对光源的可信假设,使得RRDPS-QKD具有更大的实用意义。（4）研究具有光源错误的循环差分相移量子密钥分发协议。量子密钥分发在实际实现时,实际光源具有误差会对量子密钥分发系统性能产生影响,而当前关于RRDPS-QKD协议的研究缺少对光源具有错误情况下的性能分析,为弥补该不足,本文研究了具有光源错误的RRDPS-QKD协议。考虑实际光源波动,结合诱骗态方法,推导出基于光源波动参数的通用计数率的估计公式,并给出系统安全密钥率的通用估算公式。该研究内容使得分析得到的性能更加符合实际情况。
柴庚[9]（2020）在《自由空间连续变量量子密钥分发关键技术研究》文中进行了进一步梳理量子密码学运用物理学的基本定律完成密钥的安全共享,其正朝着构建可扩展的、安全的量子网络的方向发展。其中,自由空间连续变量量子密钥分发是一种应用连续变量量子态在自由空间中实现密钥传输、并可以打破光纤量子信道传输路径限制的通信技术,从而成为实现远距离量子网络的一种重要方式。然而,自由空间量子信道中传输的量子态不可避免地受到大气衰减、大气湍流等效应的影响,导致系统性能降低。本文围绕自由空间连续变量量子密钥分发中的相关关键技术展开研究,旨在建立和完善自由空间系统在参数估计、过噪声抑制、保密增强等技术方面的研究,从而改善并提升系统性能。论文在自由空间连续变量量子密钥分发的理论研究方面取得了以下创新性研究成果:1.提出一种适用于自由空间连续变量量子密钥分发的参数估计方法,在此基础上进一步研究了传输波动对系统性能的影响。结果表明,该方法与物理模型相统一,且能有效抵抗纠缠-蒸馏攻击。因此,该方法的提出填补了实际自由空间连续变量量子密钥分发在参数估计研究的空白。2.传统参数估计中,存在密钥率与参数估计精度的权衡、以及数据交换可能引发的信息泄露等问题。因此,提出一种基于盲估计的自由空间连续变量量子密钥分发参数估计方法,通过仿真分析与实验验证,该方法不仅能有效地解决传统方法中的问题,还能进一步减弱保密增强对系统的影响,从而有效地提升系统性能。3.为了有效地抑制量子传输过程中信道波动所带来的过噪声,提出基于自适应光学的自由空间连续变量量子密钥分发方案。物理模型和光场模型两方面的分析表明所提方案能有效控制过噪声并提升系统性能,因此自适应光学技术的进一步发展和完善有可能打破信道波动过噪声带来的距离限制,为大规模的高性能量子网络的建设奠定基础。4.提出一种基于CV Bell测量实现量子保密增强的连续变量量子密钥分发协议。协议通过CV Bell检测在完成对量子信号测量的同时,实现保密增强,并在窃听者存在的情况下为合法通信方之间建立一种全新的关联关系。与传统协议相比,本协议显着降低了原始密钥变量在数据处理过程中的损失,从而提高系统性能。分析表明,该协议在理论上可以获得较高的密钥率和极远的传播距离,并表现出较好的噪声容忍度。因此,量子保密增强的应用为远距离、高性能的量子密钥分发的实现提供了一种可行的实现方式。
郑异[10]（2020）在《实际连续变量量子密钥分发系统的安全性及性能研究》文中研究表明基于计算复杂度的经典密码在量子信息时代将不再安全,因此研究者们基于量子物理基本原理设计了理论上无条件安全的量子密码。特别地,量子密钥分发（Quantum Key Distribution,QKD）是量子密码领域中研究比较成熟的一个重要分支。基于一些基本假设,量子密钥分发在常见攻击下的理论安全性已经被充分证明。然而,实际量子密钥分发系统中却存在着一些违背安全性证明假设的非完美性。其中,一部分非完美性可能会打开安全漏洞,这个漏洞可以被窃听者利用来隐藏自己,进而可以成功地获取安全密钥信息,这是一种有效的量子黑客攻击策略。量子黑客攻击严重地破坏了系统的实际安全性。而另一部分非完美性则可能仅恶化系统的实际性能。因此,对实际安全性及实际性能问题进行研究可有效地加快量子密钥分发的商业化应用进程。目前,量子密钥分发可分为离散变量（Discrete Variable,DV）量子密钥分发和连续变量（Continuous Variable,CV）量子密钥分发。本文主要围绕基于高斯调制相干态（Gaussian-modulated Coherent States,GMCS）的连续变量量子密钥分发系统开展研究工作,探索了系统发射端中可能存在的实际安全性及实际性能问题,同时也研究了复杂通信环境下对量子黑客攻击的抵御。本文研究内容概括为:（1）研究了降低光衰减下GMCS CVQKD系统的实际安全性。在实际GMCS CVQKD系统中,光衰减器可能会由于有意或者无意的损坏而使其衰减性能恶化。基于降低光衰减对系统量子信道参数评估的影响分析,我们发现系统安全密钥率可能会被高估。因此,在实际系统中,降低光衰减可以为窃听者打开一个安全漏洞来成功地执行截取—重发攻击。为了关闭这个安全漏洞,我们在系统发射端口增添一个光保险丝,并同时设计了对光衰减器性能实时监控的方案。这些抵御方案可以使系统安全密钥率被准确地评估,因此这个潜在的量子黑客攻击可以被有效地抵御。（2）研究了激光播种攻击下标准单路GMCS CVQKD实际系统及测量设备无关GMCS CVQKD实际系统的安全性。特别地,窃听者可以向这两种系统光源模块中激光二极管的内部注入合适的光信号,来使光源制备的光信号强度增加。我们分析了激光播种攻击下量子信道参数的评估,研究结果表明这两种系统的安全密钥率均可能被高估。因此,激光播种攻击可以为窃听者打开一个安全漏洞来成功地窃取安全密钥信息。为了关闭这个安全漏洞,我们提出了实时监控方案来使这些系统的安全密钥率可以被精确地评估。分析结果表明提出的监控方案可以有效地抵御激光播种攻击。（3）研究了抵御复杂通信环境下实际GMCS CVQKD系统中本振光攻击的监控方案。为了保证系统的实际安全性,一个通用的监控方案被提出来抵御本振光攻击,这里量子信道透过率被视为一个与传输距离相关的固定值。然而,复杂的通信环境可能导致量子信道透过率是时变的。这个偏差可能会影响监控方案的有效性,因此我们首先建立了针对复杂通信环境下系统的本振光攻击模型,这里量子信道透过率被假设服从一个固定的分布。接着,基于建立的模型,求得了窃听者成功地隐藏自己时需对本振光信号强度扰动的最低界,这里我们考虑了复杂通信环境中可能被窃听者利用的所有噪声。同时,我们获得了用于抵御本振光攻击的最优监控条件。仿真分析表明提出的监控方案可以有效地抵御复杂通信环境下实际系统中的本振光攻击。随后,这个监控方案的有效性被一个量化的例子再次证明。特别地,这个监控方案可以被扩展用于抵御复杂通信环境下其它量子黑客攻击。（4）研究了非完美随机性GMCS CVQKD系统的实际性能。由于非完美高斯调制或者非完美随机数生成的影响,非完美随机态制备可能会存在于密钥分发的实际实现中。我们首先提出了针对实际GMCS CVQKD系统的弱随机性攻击模型来分析非完美随机性系统的实际性能,这里基于非随机态调制制备的信号被假设可以被窃听者控制。接着,我们基于提出的攻击模型分析了量子信道参数评估,并计算了相应的系统安全密钥率。仿真结果表明很弱的非完美随机性便可显着地降低系统的安全密钥率。因此,真随机数及理想高斯调制对实际GMCS CVQKD系统至关重要。（5）研究了非完美高斯调制GMCS CVQKD系统实际性能提升方案。非完美高斯调制可能会引入一个恶化系统性能的调制噪声。我们首先探索了调制噪声的不同来源、影响及监控评估方案。接着,我们讨论了系统实际性能分别基于非可信噪声模型及中立方模型的评估情况。分析表明中立方模型可合理地视为一个常用的噪声模型,建立合理的噪声模型可被动且有效地提升系统的实际性能。最后,我们提出了动态的自动偏置控制方案来主动地抑制源于强度调制器偏置点漂移的噪声。联合上述所有方案,非完美高斯调制系统的实际性能可得到显着提高。特别地,这些工作组成了一个完整的用于提升此类非完美性下系统实际性能的通用研究框架。
二、量子通信QKD的效率及安全性分析（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、量子通信QKD的效率及安全性分析（论文提纲范文）
（1）实际环境下连续变量量子密钥分发系统的安全性分析及性能提升（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 量子密钥分发概述 |
| 1.1.1 量子密钥分发的特点 |
| 1.1.2 无条件安全性 |
| 1.1.3 离散变量和连续变量量子密钥分发 |
| 1.2 连续变量量子密钥分发发展现状 |
| 1.2.1 理论研究现状 |
| 1.2.2 实验研究现状 |
| 1.3 论文创新点和结构安排 |
| 1.3.1 论文创新点 |
| 1.3.2 论文结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 连续变量量子密钥分发基础知识 |
| 2.1 连续变量量子密钥分发协议基础 |
| 2.1.1 光场量子化与正则分量 |
| 2.1.2 相空间表象 |
| 2.1.3 高斯态与高斯操作 |
| 2.1.4 高斯态的熵计算 |
| 2.2 连续变量量子密钥分发协议介绍 |
| 2.2.1 协议类型 |
| 2.2.2 纠缠等价模型 |
| 2.3 连续变量量子密钥分发系统介绍 |
| 2.3.1 系统组成结构 |
| 2.3.2 实际安全性分析 |
| 2.3.3 实际系统性能提升 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 CV-QKD的实际光源监控 |
| 3.1 实际光源监控的安全性 |
| 3.1.1 考虑理想探测的光源监控 |
| 3.1.2 实际光源监控的EB模型 |
| 3.1.3 实际光源监控的参数估计 |
| 3.2 使用一次标定的光源监控方案 |
| 3.2.1 一次标定理论 |
| 3.2.2 参数估计结果 |
| 3.3 使用一次标定的实际光源监控的性能 |
| 3.3.1 安全码率的计算 |
| 3.3.2 仿真结果与分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 CV测量设备无关QKD的光源监控 |
| 4.1 CV测量设备无关QKD的光源监控方案 |
| 4.1.1 CV测量设备无关QKD协议描述 |
| 4.1.2 实际情况下CV测量设备无关QKD的光源监控方案 |
| 4.2 安全性分析 |
| 4.2.1 双模攻击 |
| 4.2.2 三种情况下的安全码率计算 |
| 4.3 仿真结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 偏振复用的CV-QKD系统 |
| 5.1 系统组成结构 |
| 5.2 相位漂移和偏振混叠补偿 |
| 5.2.1 偏振和相位旋转效应 |
| 5.2.2 旋转参数的计算 |
| 5.3 原理性验证实验 |
| 5.3.1 实验设置 |
| 5.3.2 实验结果 |
| 5.3.3 安全性分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 附录 缩略语表 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文目录 |
（2）双场量子密钥分发的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 密码学概述 |
| 1.2 密码学发展简介 |
| 1.2.1 经典密码学 |
| 1.2.2 量子密码学 |
| 1.3 量子密钥分发 |
| 1.3.1 理论发展 |
| 1.3.2 实验发展 |
| 1.3.3 实用化发展 |
| 1.4 本论文研究内容及结构 |
| 1.5 本章小结 |
| 第二章 量子通信基础 |
| 2.1 量子通信理论基础 |
| 2.1.1 量子比特 |
| 2.1.2 量子纠缠 |
| 2.1.3 不确定性原理 |
| 2.1.4 不可克隆原理 |
| 2.2 基础QKD协议简介 |
| 2.2.1 BB84协议 |
| 2.2.2 测量设备无关QKD协议 |
| 2.3 量子通信系统简介 |
| 2.3.1 量子随机数发生器 |
| 2.3.2 光源 |
| 2.3.3 单光子探测器 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 双场量子密钥分发协议及安全性分析 |
| 3.1 双场量子密钥分发协议理论分析 |
| 3.1.1 协议简介 |
| 3.1.2 协议步骤 |
| 3.2 协议安全性分析 |
| 3.2.1 协议原始安全性证明 |
| 3.2.2 CBS攻击的可行性研究 |
| 3.3 改进版协议研究 |
| 3.3.1 TF QKD~*协议 |
| 3.3.2 SNS TF QKD协议 |
| 3.3.3 PM QKD协议 |
| 3.3.4 改进版协议对比分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于预报单光子源的双场量子密钥分发协议的研究 |
| 4.1 预报单光子源简介 |
| 4.2 HSPS TF QKD协议原理及密钥估计 |
| 4.2.1 HSPS TF QKD协议 |
| 4.2.2 密钥估算 |
| 4.3 模拟仿真及结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文目录 |
（3）量子密钥分发协议与密钥路由算法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 本文研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 QKD国外研究现状 |
| 1.2.2 QKD国内研究现状 |
| 1.2.3 量子组密钥协商协议研究现状 |
| 1.2.4 量子密钥路由算法研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容及论文组织结构 |
| 1.3.1 本文创新点及主要工作 |
| 1.3.2 本文的组织结构 |
| 第2章 量子密钥分发网络理论基础 |
| 2.1 量子通信理论基础 |
| 2.1.1 狄拉克符号与量子比特 |
| 2.1.2 叠加 |
| 2.1.3 测量 |
| 2.1.4 纠缠 |
| 2.1.5 操作算符 |
| 2.2 重要定理 |
| 2.3 常用量子密钥分发协议 |
| 2.3.1 BB84 协议 |
| 2.3.2 B92 协议 |
| 2.3.3 E91 协议 |
| 2.3.4 BBM92 协议 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 一种基于贝尔态的认证量子密钥分发协议 |
| 3.1 章节引言 |
| 3.2 代表性QKD协议安全缺陷分析 |
| 3.2.1 Yang协议安全缺陷分析 |
| 3.2.2 Dellantonio协议安全缺陷分析 |
| 3.2.3 Gagliano协议安全缺陷分析 |
| 3.3 基于SDN的量子密钥分发网络架构 |
| 3.4 BBS-AQKD协议设计 |
| 3.4.1 Bell态的制备 |
| 3.4.2 BBS-AQKD协议主要流程 |
| 3.4.3 BBS-AQKD协议详细解释 |
| 3.5 BBS-AQKD协议安全性分析 |
| 3.5.1 共享密钥安全性分析 |
| 3.5.2 两种攻击下的安全性分析 |
| 3.6 PKD-QGKA协议简介 |
| 3.6.1 传统量子组密钥协商协议 |
| 3.6.2 PKD-QGKA协议协商机制 |
| 3.6.3 计算轮次分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 一种基于链路贡献度的量子密钥路由算法 |
| 4.1 章节引言 |
| 4.2 影响QKD网络通信的关键 |
| 4.2.1 密钥生成率 |
| 4.2.2 链路距离 |
| 4.2.3 密钥消耗速率 |
| 4.2.4 鲁棒性 |
| 4.2.5 链路中继 |
| 4.3 BLC-QKRA算法简介 |
| 4.3.1 BLC-QKRA基本思想 |
| 4.3.2 BLC-QKRA实现步骤 |
| 4.3.3 复杂度分析 |
| 4.3.4 评价指标 |
| 4.4 BLC-QKRA算法仿真与性能分析 |
| 4.4.1 仿真环境搭建 |
| 4.4.2 路由算法仿真结果 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 基于本文所述协议和算法的量子密钥分发网络监管系统实现与验证 |
| 5.1 章节引言 |
| 5.2 系统需求分析与整体架构思路 |
| 5.2.1 需求分析 |
| 5.2.2 架构设计 |
| 5.3 系统部署场景介绍 |
| 5.4 系统实现 |
| 5.4.1 技术选型 |
| 5.4.2 权限管理 |
| 5.4.3 协议实现 |
| 5.4.4 算法实现 |
| 5.5 系统测试 |
| 5.5.1 BBS-AQKD协议实现效果 |
| 5.5.2 数据加密与完整性校验实现效果 |
| 5.5.3 BLC-QKRA路由算法实现效果 |
| 5.6 协议安全性与性能实验验证 |
| 5.6.1 BBS-AQKD协议安全性实验验证 |
| 5.6.2 BBS-AQKD协议计算代价实验验证 |
| 5.6.3 BBS-AQKD协议通信开销实验验证 |
| 5.7 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
（4）基于相干态光源的量子保密通信关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 缩略词索引 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 量子保密通信技术发展 |
| 1.2 相干态量子噪声流加密发展现状及面临的问题 |
| 1.3 相干态循环差分相位量子密钥分发发展现状及面临的问题 |
| 1.4 本文研究内容与创新点 |
| 1.5 本文的结构安排 |
| 1.6 参考文献 |
| 第二章 量子保密通信技术相关基础知识 |
| 2.1 量子噪声流加密技术 |
| 2.1.1 量子噪声流加密原理 |
| 2.1.2 基于相位调制的量子噪声流加密技术 |
| 2.1.3 基于正交调制的量子噪声流加密技术 |
| 2.2 量子信息相关基础 |
| 2.2.1 量子测量基础 |
| 2.2.2 密度算子 |
| 2.2.3 冯诺依曼熵及其性质 |
| 2.2.4 Holevo边界 |
| 2.3 循环差分相位量子密钥分发技术 |
| 2.3.1 量子态编码 |
| 2.3.2 循环差分相位量子密钥分发技术 |
| 2.4 小结 |
| 2.5 参考文献 |
| 第三章 相干态量子噪声流加密数域安全增强技术研究 |
| 3.1 基于正交频分复用的量子噪声流加密技术 |
| 3.1.1 正交频分复用(OFDM)技术 |
| 3.1.2 基于IM/DD-OFDM的量子噪声流加密系统 |
| 3.2 多比特数据的星座图旋转映射方法 |
| 3.2.1 星座图旋转映射原理 |
| 3.2.2 基于IM/DD-OFDM的QNSC仿真结果验证与分析 |
| 3.3 基于加密基的奇偶性的按位取非映射方法 |
| 3.3.1 量子噪声流加密中噪声对于密文不同比特位置的非均匀影响 |
| 3.3.2 基于加密基的奇偶性的按位取非映射原理 |
| 3.3.3 基于IM/DD-OFDM的QNSC仿真结果验证与分析 |
| 3.4 小结 |
| 3.5 参考文献 |
| 第四章 量子相关攻击下相干态量子噪声流加密安全性分析 |
| 4.1 量子攻击方式 |
| 4.1.1 个体攻击 |
| 4.1.2 相关攻击 |
| 4.1.3 集体攻击 |
| 4.2 相关攻击下相干态量子噪声流加密安全容量推导 |
| 4.2.1 对称态的定义及性质 |
| 4.2.2 数据的安全容量推导 |
| 4.2.3 运行密钥及系统总体安全容量推导 |
| 4.2.4 仿真分析不同参数下数据及运行密钥的安全容量 |
| 4.2.5 仿真分析不同参数下系统总体的安全容量 |
| 4.3 小结 |
| 4.4 参考文献 |
| 第五章 相干态高维循环差分相位-时间量子密钥分发研究 |
| 5.1 高维循环差分相位-时间量子密钥分发技术 |
| 5.1.1 高维量子态的构建: 差分相位和时间编码 |
| 5.1.2 高维循环差分相位-时间量子密钥分发协议工作流程 |
| 5.2 量子相关攻击下RRDPTS-QKD技术安全性 |
| 5.2.1 单光子态RRDPTS-QKD技术安全性分析 |
| 5.2.2 多光子态RRDPTS-QKD技术安全性分析 |
| 5.2.3 一般化——相干态RRDPTS-QKD技术安全性分析 |
| 5.3 相干态循环差分相位-时间量子密钥分发安全密钥速率 |
| 5.3.1 量子密钥分发安全密钥速率建模 |
| 5.3.2 诱饵态量子密钥分发原理 |
| 5.3.3 循环差分-相位时间量子密钥分发安全密钥速率 |
| 5.3.4 仿真验证与分析RRDPTS-QKD安全密钥速率 |
| 5.4 相干态高维循环差分相位-时间量子密钥分发实验 |
| 5.4.1 量子态信源实现与监测 |
| 5.4.2 可变时延干涉仪的实现与信号态测量 |
| 5.4.3 实验方案及参数介绍 |
| 5.4.4 实验结果与分析 |
| 5.5 小结 |
| 5.6 参考文献 |
| 第六章 论文总结与展望 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士期间学术成果及参与科研项目情况 |
（5）量子通信中密钥率优化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 理论优化 |
| 1.2.2 设备优化 |
| 1.2.3 技术引入 |
| 1.3 论文的主要研究工作 |
| 1.4 论文组织结构 |
| 第2章 相关理论与技术 |
| 2.1 量子密钥分发协议 |
| 2.1.1 BB84 协议 |
| 2.1.2 B92 协议 |
| 2.1.3 PM-QKD协议 |
| 2.2 多层感知机 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 基于OAM态和PPM调制的B92 协议 |
| 3.1 相关理论和技术 |
| 3.1.1 脉冲位置调制技术 |
| 3.1.2 轨道角动量 |
| 3.2 基于PPM调制的B92 协议 |
| 3.2.1 协议过程 |
| 3.2.2 协议对比 |
| 3.3 加入OAM态后的基于PPM调制的B92 协议 |
| 3.3.1 协议过程 |
| 3.3.2 协议对比 |
| 3.4 数值仿真与分析 |
| 3.4.1 密钥率分析 |
| 3.4.2 安全性分析 |
| 3.4.3 数值仿真 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于HSPS的三诱骗态PM-QKD |
| 4.1 相关理论和技术 |
| 4.2 三诱骗态HSPS-PM-QKD协议 |
| 4.2.1 协议过程 |
| 4.2.2 协议对比 |
| 4.3 数值仿真与分析 |
| 4.3.1 密钥率分析 |
| 4.3.2 安全性分析 |
| 4.3.3 数值仿真 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 神经网络预测QKD参数 |
| 5.1 相关理论和技术 |
| 5.2 正则化MLP模型 |
| 5.3 数值仿真与分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 全文工作总结 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间公开发表的论文 |
（6）基于轨道角动量光子的高维量子通信协议研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 孪生场量子密钥分发协议(TWIN-FIELD QKD) |
| 1.2.2 光子的轨道角动量及其在QKD中的应用 |
| 1.3 论文主要研究内容 |
| 1.4 论文的组织结构 |
| 1.5 本章小结 |
| 第2章 量子密钥分发基础和光子的轨道角动量 |
| 2.1 量子密钥分发基础 |
| 2.1.1 量子密钥分发原理 |
| 2.1.2 BB84协议 |
| 2.1.3 测量设备无关QKD |
| 2.2 光子的轨道角动量 |
| 2.2.1 OAM的基本概念 |
| 2.2.2 OAM光子的制备和测量 |
| 2.2.3 基于OAM的QKD协议的国内外研究现状 |
| 2.3 光子的总角动量 |
| 2.3.1 总角动量的基本概念 |
| 2.3.2 基于光子总角动量的QKD协议 |
| 第3章 基于光子轨道角动量的高维孪生场QKD方案 |
| 3.1 孪生场QKD协议 |
| 3.1.1 孪生场QKD协议 |
| 3.1.2 参考系无关的量子密钥分发协议 |
| 3.1.3 安全码率、安全性分析和诱骗态协议安全性分析 |
| 3.2 方案描述 |
| 3.2.1 OAM-TF-QKD协议描述 |
| 3.2.2 OAM-TF-QKD协议举例 |
| 3.3 安全性分析和数值仿真 |
| 3.3.1 安全性分析 |
| 3.3.2 安全码率分析及数值模拟 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于光子总角动量的高维QKD方案 |
| 4.1 背景知识 |
| 4.1.1 喷泉码简介 |
| 4.2 方案描述 |
| 4.2.1 制备和传输过程 |
| 4.2.2 编码和测量过程 |
| 4.2.3 喷泉码编码方案 |
| 4.3 数值仿真及分析 |
| 4.3.1 仿真方法和结果 |
| 4.3.2 安全性、错误率和码率分析 |
| 4.3.3 隐私放大 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 全文工作总结 |
| 5.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 硕士期间发表的论文和参与的课题 |
（7）量子纠缠及其非局域性在量子通信中的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.3 论文主要内容 |
| 第2章 量子通信基础理论知识 |
| 2.1 量子力学基础知识 |
| 2.1.1 量子力学的基本假设 |
| 2.1.2 量子叠加态原理 |
| 2.2 量子密钥分发(QKD)相关知识 |
| 2.2.1 QKD的无条件安全性 |
| 2.2.2 BB84协议 |
| 2.2.3 Ekert91-QKD协议 |
| 2.2.4 诱骗态QKD协议 |
| 2.2.5 设备无关QKD协议 |
| 2.2.6 测量设备无关QKD协议的基本原理以及实现方案 |
| 2.3 量子纠缠态与量子非局域性 |
| 2.3.1 量子纠缠态 |
| 2.3.2 量子非局域性 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于参量光源的OAM-MDI-QKD协议 |
| 3.1 纠缠光源——参量光源SPACS和HSPS |
| 3.1.1 单光子增强相干态光源 |
| 3.1.2 标记单光子源 |
| 3.1.3 轨道角动量 |
| 3.2 基于弱相干光源(WCP)的OAM-MDI-QKD协议 |
| 3.2.1 基于WCP的OAM-MDI-QKD协议 |
| 3.2.2 基于WCP的OAM-MDI-QKD协议的安全性分析 |
| 3.3 基于参量光源的OAM-MDI-QKD协议 |
| 3.3.1 基于SPACS和诱骗态的OAM-MDI-QKD协议 |
| 3.3.2 基于SPACS和诱骗态的OAM-MDI-QKD协议安全性分析 |
| 3.3.3 基于HSPS的OAM-MDI-QKD协议及其安全性分析 |
| 3.4 上述三种协议比较 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于W态的量子网络非局域性研究 |
| 4.1 量子非局域性关联 |
| 4.2 量子网络中的非局域性研究 |
| 4.3 基于W态的量子网络非局域性研究 |
| 4.3.1 三粒子纠缠态——W态 |
| 4.3.2 基于W态的量子网络非局域性的基础模型 |
| 4.4 基于W态的N方量子网络非局域性研究 |
| 4.4.1 两体纠缠纯态的量子网络的非局域性 |
| 4.4.2 信源为W态和两体纠缠纯态的量子网络的非局域性 |
| 4.5 基于W态的多方量子网络的容噪性 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 论文工作总结 |
| 5.2 进一步工作 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间公开发表的论文 |
（8）多自由度和非理想光源场景下量子密钥分发协议研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 量子密钥分发协议研究现状 |
| 1.3 量子密钥分发协议主要问题 |
| 1.4 论文研究内容 |
| 1.5 论文结构安排 |
| 第二章 量子密钥分发协议概述 |
| 2.1 BB84量子密钥分发 |
| 2.2 诱骗态量子密钥分发 |
| 2.3 测量设备无关量子密钥分发 |
| 2.4 循环差分相移量子密钥分发 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于脉冲位置调制的测量设备无关量子密钥分发协议 |
| 3.1 弱相干光源的特征和问题 |
| 3.2 脉冲位置调制技术 |
| 3.2.1 脉冲位置调制概述 |
| 3.2.2 单脉冲位置调制技术 |
| 3.3 基于脉冲位置调制的测量设备无关量子密钥分发系统方案 |
| 3.4 系统性能分析 |
| 3.5 数值仿真与讨论 |
| 3.5.1 仿真参数设置 |
| 3.5.2 仿真结果与分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 基于多自由度的循环差分相移量子密钥分发协议 |
| 4.1 多自由度的量子态混合编码 |
| 4.2 基于多自由度的RRDPS-QKD协议 |
| 4.2.1 系统方案 |
| 4.2.2 系统成码规则 |
| 4.3 系统性能分析 |
| 4.3.1 密钥生成率分析 |
| 4.3.2 安全性分析 |
| 4.3.3 系统效率分析 |
| 4.4 数值仿真与讨论 |
| 4.4.1 仿真参数设置 |
| 4.4.2 仿真结果与分析 |
| 4.5 脉冲位置调制和多自由度编码的两种协议性能比较 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 基于不可信光源即插即用循环差分相移量子密钥分发 |
| 5.1 量子密码系统中的即插即用技术 |
| 5.2 基于不可信光源即插即用循环差分相移量子密钥分发系统方案 |
| 5.3 系统性能分析 |
| 5.3.1 安全性分析 |
| 5.3.2 密钥生成率分析 |
| 5.4 数值仿真与讨论 |
| 5.4.1 仿真参数设置 |
| 5.4.2 仿真结果与分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 具有光源错误的循环差分相移量子密钥分发 |
| 6.1 光源错误问题 |
| 6.2 具有光源错误的三诱骗RRDPS-QKD协议 |
| 6.3 系统的安全密钥率 |
| 6.4 基于弱相干光源系统的数值仿真与分析 |
| 6.4.1 仿真参数设置 |
| 6.4.2 仿真结果与分析 |
| 6.5 基于标记配对相干态光源系统的数值仿真与分析 |
| 6.5.1 仿真参数设置 |
| 6.5.2 仿真结果与分析 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读博士学位期间撰写的论文 |
| 附录2 攻读博士学位期间参加的科研项目 |
| 致谢 |
（9）自由空间连续变量量子密钥分发关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号对照表 |
| 主要缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 密钥学简述 |
| 1.2 量子密钥分发 |
| 1.3 自由空间量子密钥分发进展 |
| 1.4 论文简述与章节安排 |
| 第二章 连续变量量子密钥分发基础 |
| 2.1 量子力学基础 |
| 2.2 量子光学基础 |
| 2.2.1 单模光场量子化 |
| 2.2.2 高斯态与高斯操作 |
| 2.2.3 高斯测量 |
| 2.3 信息论基础 |
| 2.3.1 香农熵 |
| 2.3.2 冯?诺依曼熵 |
| 2.4 连续变量量子密钥分发协议 |
| 2.4.1 GMCS CVQKD协议 |
| 2.4.2 理论安全性 |
| 2.4.3 实际安全性 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 自由空间量子信道 |
| 3.1 量子信道概述 |
| 3.2 自由空间量子信道 |
| 3.2.1 大气衰减信道 |
| 3.2.2 大气湍流信道 |
| 3.2.3 椭圆光束模型 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 自由空间连续变量量子密钥分发参数估计研究 |
| 4.1 自由空间连续变量量子密钥分发 |
| 4.2 参数估计 |
| 4.3 自由空间CVQKD参数估计方法 |
| 4.3.1 大气衰减信道下的参数估计 |
| 4.3.2 大气湍流信道下的参数估计 |
| 4.4 系统性能分析 |
| 4.4.1 密钥率分析 |
| 4.4.2 安全性分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 自由空间连续变量量子密钥分发盲估计研究 |
| 5.1 信道估计 |
| 5.2 自由空间CVQKD盲估计方法 |
| 5.3 系统性能分析 |
| 5.3.1 密钥率分析 |
| 5.3.2 安全性分析 |
| 5.4 实验验证 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 基于自适应光学的自由空间连续变量量子密钥分发的过噪声抑制研究 |
| 6.1 过噪声抑制 |
| 6.2 基于AO的自由空间CVQKD物理模型 |
| 6.2.1 传播畸变 |
| 6.2.2 自适应光学补偿与校正 |
| 6.2.3 过噪声抑制 |
| 6.3 系统性能分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 基于量子保密增强的连续变量量子密钥分发研究 |
| 7.1 保密增强 |
| 7.2 基于量子保密增强的CVQKD |
| 7.2.1 基于量子保密增强的CVQKD协议 |
| 7.2.2 密钥率分析 |
| 7.3 系统性能分析 |
| 7.3.1 安全性分析 |
| 7.3.2 仿真分析 |
| 7.4 本章小结 |
| 第八章 总结与展望 |
| 8.1 本文总结 |
| 8.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间取得的科研成果 |
| 作者简介 |
（10）实际连续变量量子密钥分发系统的安全性及性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 密码学简介 |
| 1.1.1 经典密码学 |
| 1.1.2 量子密码 |
| 1.2 连续变量量子密钥分发协议及理论安全性研究进展 |
| 1.3 连续变量量子密钥分发实际系统的安全性及性能研究进展 |
| 1.4 论文安排及主要研究工作 |
| 第二章 连续变量量子密钥分发概述 |
| 2.1 相关基础知识 |
| 2.1.1 量子光学理论 |
| 2.1.2 量子信息理论 |
| 2.2 连续变量量子密钥分发理论概述 |
| 2.2.1 连续变量量子密钥分发协议及特点 |
| 2.2.2 连续变量量子密钥分发理论安全性 |
| 2.3 连续变量量子密钥分发实际系统的安全性及性能 |
| 2.3.1 发射端 |
| 2.3.2 接收端 |
| 2.3.3 数据处理 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 降低光衰减下CVQKD系统的实际安全性 |
| 3.1 针对光衰减器的攻击方案 |
| 3.2 实际安全性分析 |
| 3.2.1 降低光衰减下的参数估计 |
| 3.2.2 降低光衰减下的理论安全密钥率 |
| 3.3 防御方案 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 激光播种攻击下CVQKD实际系统的安全性 |
| 4.1 激光播种攻击方案 |
| 4.2 标准单路CVQKD系统在攻击下的安全性 |
| 4.3 CV-MDI-QKD系统在攻击下的安全性 |
| 4.3.1 攻击下的参数估计 |
| 4.3.2 攻击下的理论安全密钥率 |
| 4.4 抵御策略 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 复杂通信环境中CVQKD系统对本振光攻击的防御 |
| 5.1 复杂通信环境中的CVQKD系统 |
| 5.1.1 本振光攻击模型 |
| 5.1.2 复杂通信环境下的参数估计 |
| 5.2 复杂通信环境下本振光攻击方案 |
| 5.2.1 CVQKD系统固有过噪声 |
| 5.2.2 经典窃听引入的过噪声 |
| 5.2.3 窃听隐藏条件 |
| 5.3 防御方案 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 弱随机性CVQKD系统的实际性能 |
| 6.1 弱随机性CVQKD模型 |
| 6.2 弱随机性CVQKD的参数估计 |
| 6.3 弱随机性CVQKD的理论安全密钥率 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 非完美高斯调制CVQKD系统实际性能提升 |
| 7.1 非完美高斯调制CVQKD |
| 7.1.1 非完美高斯调制理论分析 |
| 7.1.2 非完美高斯调制影响 |
| 7.2 非完美高斯调制监控 |
| 7.3 系统性能被动提升方案 |
| 7.4 系统性能主动提升方案 |
| 7.5 本章小结 |
| 第八章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间取得的科研成果 |
| 作者简介 |
四、量子通信QKD的效率及安全性分析（论文参考文献）
- [1]实际环境下连续变量量子密钥分发系统的安全性分析及性能提升[D]. 褚斌杰. 北京邮电大学, 2021(01)
- [2]双场量子密钥分发的研究[D]. 周芬. 北京邮电大学, 2021(01)
- [3]量子密钥分发协议与密钥路由算法研究[D]. 张飞扬. 四川大学, 2021(02)
- [4]基于相干态光源的量子保密通信关键技术研究[D]. 王凯. 北京邮电大学, 2021(01)
- [5]量子通信中密钥率优化研究[D]. 熊艳. 西南大学, 2021(01)
- [6]基于轨道角动量光子的高维量子通信协议研究[D]. 孟则霖. 西南大学, 2021(01)
- [7]量子纠缠及其非局域性在量子通信中的研究[D]. 王萌. 西南大学, 2021(01)
- [8]多自由度和非理想光源场景下量子密钥分发协议研究[D]. 毛钱萍. 南京邮电大学, 2020(03)
- [9]自由空间连续变量量子密钥分发关键技术研究[D]. 柴庚. 西北大学, 2020(01)
- [10]实际连续变量量子密钥分发系统的安全性及性能研究[D]. 郑异. 西北大学, 2020(01)