量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)安全性及退相干抑制研究.pdf

1、隨著量子信息技術(shù)的快速發(fā)展，量子密鑰分發(fā)技術(shù)逐漸成熟，有望為實際的信息系統(tǒng)提供安全的密鑰分發(fā)機制。量子密鑰分發(fā)技術(shù)的獨特優(yōu)勢在于它的無條件安全性，雖然其理論安全性已經(jīng)得到證明，但是在實際的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中，由于設(shè)備實現(xiàn)的不完美，無法達到理論上的理想條件，使竊聽者有機可乘，導(dǎo)致量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的成碼率降低及量子比特誤碼率升高。因此研究量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的實際安全性對成碼率和量子比特誤碼率的改善以及量子通信技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用有著重要意義。

2、>　　量子信息雖然相對于經(jīng)典信息有著巨大的優(yōu)勢，但是在實際應(yīng)用的過程中，卻遇到了一個重大障礙—退相干效應(yīng)，退相干是由于系統(tǒng)在演化的過程中與環(huán)境不可避免地相互作用導(dǎo)致的。在量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中，即使沒有攻擊者存在，因為退相干效應(yīng)的影響，也會使成碼率降低，量子比特誤碼率升高。因此如何抑制退相干已經(jīng)成為現(xiàn)階段一個越來越重要的研究課題。
　　本文主要研究量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的實際安全性及退相干抑制兩個方面。本文完成的工作包括：
　　首先，

3、介紹量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)安全性和退相干抑制研究的意義及現(xiàn)狀，給出了量子保密通信相關(guān)的背景知識，包括量子力學(xué)的基本知識、兩個典型的量子密鑰分發(fā)協(xié)議BB84協(xié)議和B92協(xié)議、量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中單光子信號制備及單光子探測器等關(guān)鍵技術(shù)。
　　然后，詳細(xì)研究了幾種典型的邊信道攻擊方法，包括PNS攻擊、相位重映射攻擊、探測致盲攻擊等等，同時討論了對應(yīng)的抗攻擊措施。對基于B92協(xié)議的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)實驗平臺進行分析，發(fā)現(xiàn)其在隨機數(shù)生成、弱相干光源、

4、偏振控制、單光子探測等方面存在的安全漏洞，并給出解決方案。
　　其次，詳細(xì)介紹弱測量-恢復(fù)的實現(xiàn)原理，將該方法用于抑制幅值阻尼信道噪聲，通過公式推導(dǎo)及MATLAB仿真，驗證了該方法抑制幅值阻尼信道噪聲時，理想情況下可以使量子態(tài)無限趨近于初始量子態(tài)，達到完全抑制退相干的效果。
　　最后，將弱測量-恢復(fù)方法應(yīng)用于抑制相位阻尼信道噪聲和退極化信道噪聲，通過嚴(yán)格的公式推導(dǎo)，詳細(xì)討論該方法抑制相位阻尼信道噪聲時對量子保真度的影響，分別

5、設(shè)置弱測量強度、恢復(fù)測量強度及量子信道的退相干程度這三個參數(shù)，用MATLAB進行仿真，驗證理論推導(dǎo)的正確性。
　　本文對量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的安全性分析及退相干抑制研究具有理論意義。本文仍需進一步研究和完善的地方有以下幾個方面：
　?。?）針對量子密鑰分發(fā)實驗平臺存在的安全漏洞，不斷對其進行改進與完善，從而提高成碼率，降低量子比特誤碼率。
　?。?）研究弱測量-恢復(fù)方法進行退相干抑制時對量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的成碼率及量子比特誤