隨著量子計算方式的興起,基于復雜度計算的現(xiàn)代密碼學正面臨著嚴峻的威脅,這些看似復雜的加密方式,在量子計算強大的并行計算能力面前顯得渺小和不堪一擊。雖然“一次一密”的加密算法被證明有絕對的安全性,但是又面臨密鑰的產生和分發(fā)問題,導致無法大規(guī)模應用。然而量子密鑰分發(fā)方式的產生,即量子密鑰分發(fā)的出現(xiàn)使得“一次一密”的加密算法有了用武之地。以量子密鑰分發(fā)為基礎的量子保密通信方式逐步地成為保障網絡信息安全強有力的技術手段,在一些對信息的安全性要求比較高的政府機關、國防領域、金融機構、科技能源、科研前沿等領域都在普遍的使用。目前已經得到證明是基于BB84協(xié)議的QKD系統(tǒng)（Quantum Key Distribution）有著無條件安全性,此系統(tǒng)的安全性比較理想�，F(xiàn)階段大都采用FPGA（FieldProgrammable Gate Array）進行QKD后處理系統(tǒng)的實現(xiàn),如果在芯片內嵌入CPU,利用軟硬結合的方式將多種QKD數(shù)據處理、數(shù)據通信、密鑰提煉和光源、探測控制等復雜功能實現(xiàn)于一體,對于設計這種片上系統(tǒng)的芯片（System on Chip,SoC）將會對現(xiàn)有和未來的量子通信的發(fā)展有著重要意義,... 

【文章來源】：安徽大學安徽省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

BB84協(xié)議

安徽大學碩士論文65制由軟件部分控制管理，QKD的數(shù)據處理以及芯片的對外的接口實現(xiàn)都有數(shù)字部門設計實現(xiàn)。支持層作用是為了支撐系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，特別要求的光學模塊的支持，主要包括光源子系統(tǒng)和探測器子系統(tǒng)兩端。核心層與光源以及探測器子系統(tǒng)之間，由于不同頻率對應的光學模塊接口差異，輸入輸出的需求不吻合，所以我們需要自主設計接口板，滿足兩端接口需求，實現(xiàn)通信。光源子系統(tǒng)和探測器子系統(tǒng)自身功能實現(xiàn)，光源和探測器子系統(tǒng)之間通過光纖實現(xiàn)量子信道通信。5.2測試環(huán)境QKD軟件管理系統(tǒng)測試平臺環(huán)境實物如圖5.2所示，在搭建測試環(huán)境上進行系統(tǒng)測試，當前的測試實際平臺就是根據上述所描述的實驗平臺結構搭建而成,利用軟件結合硬件模塊來將多種QKD數(shù)據處理、數(shù)據通信、密鑰提煉和光源探測控制等復雜功能實現(xiàn)于一體，在平臺外部連接實際（Alice端）光源在圖中A所在的位置與（Bob端）探測器如圖中D所在的位置，構成一個完整的實驗室內點對點QKD網絡系統(tǒng)。我們采用由思爾芯（S2C）公司設計制作的如圖中的B和C為FPGA驗證板，結合國產自主設計的子板等硬件資源連接所需的子系統(tǒng)，來搭建整個SoC軟件管理系統(tǒng)的驗證環(huán)境。S2C板子是以一顆賽靈思Virtex-7芯片為核心的FPGA板，在S2C板上配置了一系列的芯片與器件、外部時鐘、電源、眾多的連接頭（Connector）。將CPUIP核（IntellectualPropertycore知識產權核）置入FPGA中，軟件系統(tǒng)運行于根據自己需求裁剪以后的Linux操作系統(tǒng)上，Linux是一款免費的開源的操作系統(tǒng)，安全穩(wěn)定，具有良好的可移植性。圖5.2QKD軟件管理系統(tǒng)系統(tǒng)測試平臺ACBD

第五章QKD軟件系統(tǒng)的測試和分析665.3系統(tǒng)測試結果分析搭建好實驗平臺以后上電，把數(shù)字設計模塊和軟件管理系統(tǒng)燒寫到我們驗證子板里面去，如圖5.3所示QKD軟件系統(tǒng)上位機（KM）為了更加直觀和方便的控制設計的軟件管理系統(tǒng)流程，用自行開發(fā)的上位機通過網絡連接到A、B兩端的驗證子板上去來進行QKD密鑰的生成控制。服務器（Alice端）下發(fā)監(jiān)聽命令，客戶端（Bob端）進行鏈接，連接完畢以后會反饋鏈接成功的響應，服務器啟動設備；設備校準，包括光強反愧延時掃描、偏振反愧同步修正以及startwork（包括基矢比對、糾錯、隱私放大等）；最后最終兩端開始同時產生完全一致的安全密鑰Finalkey。圖5.3軟件系統(tǒng)上位機通過許多次的測試驗證和修改，如下圖5.4所示，A、B兩端的上位機把兩端產生的完全一致的密鑰進行抓取，把抓取上來的密鑰進行上傳保存到bin文件當中，由圖可知，兩邊產生的文件占用的內存的大小是一樣的，打開文件以后的對比兩邊的密鑰也是一樣的，通過實驗測試平臺的驗證我們設計的QKD軟件管理系統(tǒng)滿足了設計的要求，能按照正確的設定流程完成量子密鑰分發(fā)實驗，兩端最終產生完全一致的密鑰。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]基于MDI-QKD協(xié)議的量子網絡方案研究[D]. 高中玲.南京郵電大學 2019
[2]基于光纖通信的連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)改進研究[D]. 龔峰.貴州大學 2019
[3]基于FPGA的QKD光源時序校準系統(tǒng)研究與設計[D]. 余海源.合肥工業(yè)大學 2017
[4]高速單光子探測器的量子表征研究[D]. 趙林.華東師范大學 2016
[5]量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)探測效率失配下安全性研究[D]. 王哲.西安電子科技大學 2015
[6]基于光纖的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中的偏振控制算法研究[D]. 劉世全.西安電子科技大學 2014
[7]量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中光源與探測器的研究[D]. 杜海彬.華東師范大學 2014
[8]可靠量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D]. 賈云.中國科學院大學（工程管理與信息技術學院） 2014
[9]基于B92協(xié)議的偏振編碼量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D]. 孫曉楠.西安電子科技大學 2012
[10]基于BB84協(xié)議相位編碼的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D]. 張忠理.西安電子科技大學 2012



本文編號：3248113