光纖量子密鑰分配關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、幾千年來，密碼學(xué)一直在國(guó)防、軍事、外交等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。隨著計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，密碼學(xué)在我們的日常生活中也起到不可或缺的作用。密碼學(xué)的基本目的就是使得通信雙方能夠通過不安全的信道安全地傳送信息，這就有賴于通信雙方使用的密碼體制，現(xiàn)有的密碼體制主要有兩大類——“對(duì)稱密鑰密碼體制”和“公鑰密碼體制”。量子計(jì)算機(jī)的提出和量子算法的出現(xiàn)，給這兩種密碼體制都帶來了巨大的潛在安全威脅。
　　 “一次一密”密碼體制是密碼學(xué)中惟一被證

2、明安全的密碼體制，但其卻存在密鑰分配的難題。量子密鑰分配的出現(xiàn)無疑解決了這一難題。量子密鑰分配以量子理論為基礎(chǔ)，可以在不安全的公共信道上安全地實(shí)時(shí)分配密鑰。因此，將量子密鑰分配與一次一密相結(jié)合，就可以完美地實(shí)現(xiàn)無條件安全的保密通信。
　　 量子密鑰分配自1984年提出以來，一直受到廣泛關(guān)注，世界各國(guó)均投入大量人力物力進(jìn)行研究，經(jīng)過二十幾年的發(fā)展，無論在理論還是在實(shí)驗(yàn)方面均取得了巨大的進(jìn)展。目前，量子密鑰分配正向?qū)嵱没较虬l(fā)展。本

3、文以光纖量子密鑰分配關(guān)鍵技術(shù)為主要研究?jī)?nèi)容，包括端到端量子密鑰分配系統(tǒng)的高速遠(yuǎn)距離實(shí)現(xiàn)技術(shù)和量子密鑰分配網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)技術(shù)，主要研究成果分為以下六個(gè)方面：
　　 1、在標(biāo)記單光子源誘騙態(tài)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析光強(qiáng)波動(dòng)這一實(shí)際問題，對(duì)比弱相干態(tài)光源和標(biāo)記單光子源，發(fā)現(xiàn)標(biāo)記單光子源是一種好的誘騙態(tài)實(shí)驗(yàn)光源，它不僅有更長(zhǎng)的安全傳輸距離，而且受光強(qiáng)波動(dòng)的影響比弱相干態(tài)光源更小。
　　 2、在已有Faraday-Michelson干涉環(huán)量

4、子密鑰分配系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提出參數(shù)選擇判據(jù)，將系統(tǒng)速率提高到20MHz，并將其應(yīng)用到實(shí)地量子密鑰分配網(wǎng)絡(luò)中。
　　 3、基于不等臂Faraday-Michelson干涉環(huán)結(jié)構(gòu)，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用波形發(fā)生器、超導(dǎo)單光子探測(cè)器和時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器等儀器搭建出一套高速差分相位量子密鑰分配系統(tǒng)，系統(tǒng)速率達(dá)到2GHz，標(biāo)準(zhǔn)單模光纖傳輸距離長(zhǎng)達(dá)260公里，信道衰減達(dá)52.9dB，將國(guó)際量子密鑰分配實(shí)驗(yàn)最大信道衰減提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。
　

5、　 4、提出用連續(xù)光進(jìn)行量子密鑰分配的方案。此方案在高速遠(yuǎn)距離量子密鑰分配中有很大的優(yōu)勢(shì)，使用連續(xù)光后，發(fā)射端控制系統(tǒng)會(huì)變得簡(jiǎn)單，信號(hào)的光譜質(zhì)量會(huì)更好，信道的色散展寬效應(yīng)會(huì)大大減弱。然后，通過用連續(xù)光實(shí)現(xiàn)差分相位量子密鑰分配對(duì)該方案進(jìn)行了可行性檢驗(yàn)。
　　 5、在蕪湖電信光網(wǎng)絡(luò)上設(shè)計(jì)和搭建出多層級(jí)量子政務(wù)網(wǎng)。該量子密鑰分配網(wǎng)絡(luò)有七個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)，其中五個(gè)在蕪湖市的政府部門內(nèi)。根據(jù)優(yōu)先級(jí)，將全網(wǎng)用戶分成兩個(gè)層級(jí)——骨干量子密鑰分配網(wǎng)

6、絡(luò)和量子密鑰分配子網(wǎng)，其中骨干量子密鑰分配網(wǎng)絡(luò)是以量子路由器為核心構(gòu)建的全時(shí)全通網(wǎng)絡(luò)，量子密鑰分配子網(wǎng)是以程控量子交換機(jī)為核心構(gòu)建的時(shí)分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)，兩個(gè)層級(jí)的量子密鑰分配網(wǎng)絡(luò)以可信任中繼的方式融合在一起。
　　 6、提出波長(zhǎng)節(jié)約型全時(shí)全通量子路由器方案，與之前我們小組提出的全時(shí)全通量子路由器相比，能節(jié)約50％～75％的波長(zhǎng)資源。通過分析拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)波長(zhǎng)節(jié)約型全時(shí)全通量子路由器對(duì)應(yīng)的圖論模型，并提出兩種簡(jiǎn)單易行的量子路由器內(nèi)部連接