量子保密通信中密钥分发的数据协调技术研究

摘要

随着社会信息化的快速发展，传统密码技术已经不能满足现代通信系统的要求，而量子保密通信现已成为保障信息传输效率和安全性的新一代通信系统。而量子密钥分发(QKD)是量子保密系统中重要的分支，它利用量子物理特性并结合经典加密技术，使密钥分配达到不可破译的安全保障。
　　量子通信系统利用数据协调技术保障密钥分发的效率和安全。实际上数据协调属于经典通信技术的范畴，它的基本原理是利用信道编码对密钥串信息纠错，从而使通信双方得到完全一致的数据序列。纠错码采用接近香农极限的好码低密度奇偶校验码(LDPC),通过其灵活的编译码技术大大提高系统的效率。
　　本文针对数据协调技术的效率以及安全性等做了以下工作：
　　通过分析 LDPC码的校验矩阵的构成以及不同的译码方案，采用高斯近似对非规则 LDPC码的校验矩阵度数分布进行优化，降低了译码时的收敛信噪比，为数据协调技术中纠错码型的选择打下了基础。
　　根据 CV-QKD协议的基本原理，本文提出一种具体的基于 SEC纠错协议的数据协调方案。在多级编译码的基础上并采用准循环 LDPC码与随机化 LDPC码相级联的方式对信息进行压缩编码，并利用边信息对接收端的数据做译码处理。结合零拍探测下的连续变量量子密钥分发，计算得到了不同协调效率下的安全密钥量随信噪比的变化。通过分析个体攻击和集体攻击下采用正向协调和逆向协调的实验方案中密钥提取的安全性，并估算了密钥的最大传输距离。
　　实验结果表明:在码长为2×105三、四级码率为0.3/0.95的数据协调方案中协调效率可达91.2％，第三方 Eve采用个体攻击下系统能提取的安全密钥为9.46kb/s，而采用最优攻击下可提取安全密钥量为3.98kb/s，此时密钥的传输距离达30km左右，证明了所提协调方案的高效性和安全性，并对于实际量子保密通信在城域网中的应用具有指导意义。

目录

封面

目录

中文摘要

英文摘要

第一章 绪论

1.1论文研究的背景及意义

1.2量子密钥分发的国内外发展现状

1.3论文研究的主要内容

1.4本文论文的章节安排

第二章 密钥分发数据协调基础知识

2.1量子密钥分发协议

2.2信息论基础

2.3数据协调技术

2.4 MLC/MSD编译码技术

2.5 本章小结

第三章 LDPC编译码及性能优化

3.1 LDPC码的基本概念

3.2 LDPC的译码算法

3.3 LDPC码的性能优化

3.4程序仿真及分析

3.5本章小结

第四章 连续变量QKD的数据协调方案

4.1连续变量QKD原理

4.2基于SEC协议的数据协调方法

4.3零拍探测下CV-QKD的安全性

4.4实验仿真结果与分析

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1本文工作与总结

5.2亟待解决的问题及展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

个人简况及联系方式

声明