量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)安全性及退相干抑制研究.pdf

1、隨著量子信息技術的快速發(fā)展，量子密鑰分發(fā)技術逐漸成熟，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的發(fā)展應用有著重要意義。

2、>　　量子信息雖然相對于經(jīng)典信息有著巨大的優(yōu)勢，但是在實際應用的過程中，卻遇到了一個重大障礙—退相干效應，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的背景知識，包括量子力學的基本知識、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鍵技術。
　　然后，詳細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，詳細介紹弱測量-恢復的實現(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-恢復方法應用于抑制相位阻尼信道噪聲和退極化信道噪聲，通過嚴格的公式推導，詳細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、設置弱測量強度、恢復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