【摘要】：隨著量子物理和量子信息論的興起,憑借量子信號的特有屬性,人們提出了具有無條件安全性的量子保密通信,引起了社會各界人士的密切關注。它的出現(xiàn)改變了僅依賴數(shù)學與邏輯變換的傳統(tǒng)模式的加密方式,開辟了基于物理機制的密碼學的新思路和新方法。量子保密通信以量子密碼為基礎,而目前量子密碼中最成熟且成果顯著地是量子密鑰分發(fā)(Quantum key distribution,QKD)技術。該技術可以基于連續(xù)變量量子態(tài)或者離散變量量子態(tài)來實現(xiàn)。理論上講,QKD技術具有無條件安全性。然而,由于實際實驗系統(tǒng)的器件等存在一些非完美性問題,QKD系統(tǒng)的無條件安全將會在一定程度上受到威脅。因此,為了使QKD系統(tǒng)更好的得以實際應用,研究其實際安全性有著至關重要的現(xiàn)實意義。本文聚焦連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)(Continuous variable quantum key distribution,CVQKD)系統(tǒng),對其實際安全性問題進行研究,力求提高實際環(huán)境中系統(tǒng)的性能和實際安全性。本文主要完成了以下幾個方面的工作內容:1.研究基于任意個體或集體攻擊下CVQKD系統(tǒng)的實際安全監(jiān)控方案。區(qū)別于之前聚焦在截取-重發(fā)和高斯攻擊的實際安全性問題,實際問題Eve可以利用系統(tǒng)的任何不完美性且以任何攻擊方式對系統(tǒng)進行攻擊。本文首先分析實際環(huán)境中所有可以被攻擊者利用的噪聲,計算了攻擊者成功掩蓋自己攻擊方式時所需本振光(Local oscillator,LO)擾動的限。該界限是保證攻擊者成功掩蓋她自己的攻擊行為而不被合法方發(fā)現(xiàn)的條件,然后依據此下限,我們得到了實際CVQKD系統(tǒng)的最優(yōu)監(jiān)控條件。最后,作為例子,分別研究了特定攻擊下系統(tǒng)的實際安全性問題。2.研究了基于機器學習的CVQKD的參數(shù)評估與優(yōu)化方案。通過對支持向量回歸(Support vector regression,SVR)模型和CVQKD系統(tǒng)的結合,以期實現(xiàn)對系統(tǒng)性能和實際安全性的優(yōu)化。首先,通過大量數(shù)據訓練出信號物理參數(shù)的SVR預測模型;然后,模型的預測結果值被作為反饋來控制系統(tǒng)參數(shù),以使系統(tǒng)達到最優(yōu)的性能和實際安全性;最后,在高斯調制相干態(tài)(Gaussian modulated coherent state,GMCS)CVQKD系統(tǒng)中對該方案進行了驗證。實驗結果證明此基于SVR的方案最終可以達到預期的優(yōu)化效果且有著幾個顯著的優(yōu)點。3.為了提高CVQKD系統(tǒng)的性能和實際安全性,本文提出了一種基于連續(xù)隨機選擇測量基的CVQKD方案。首先我們對此方案進行了詳細的介紹;然后計算了集體攻擊下所提方案的密鑰率,并對實際環(huán)境中系統(tǒng)的實際安全性進行了分析。研究結果表明,此方案明顯提高了系統(tǒng)的性能,如安全通信距離。而且,我們的方案避免了測量基的比較和密鑰率的丟棄,并且可以很容易地利用現(xiàn)有的技術實現(xiàn)。此外,基選擇不完美帶來的實際安全性問題可以依據相位補償算法得以解決。
【學位授予單位】：西北大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN918;O413
【圖文】：

圖 1 相空間中各個量子態(tài)的展示。子密鑰分發(fā)技術編碼信息在光場的正則分量x和b 如何對x和p進行測量才是下面一系列工作的有平衡零差檢測和平衡外差檢測兩種方式。Ho相同但強度很高的本振光與弱信號光互相干涉測量的目的。Heterodyne 探測器[59]可由兩個獨立對這兩種探測器的原理進行簡單的介紹：探測器依據接收端本振光和信號光的相位差測理如圖 2。目標信號模式 , 與本振光一起B(yǎng)S），分光比為 50：50 且一般作為系統(tǒng)相位參考的兩路輸出進入兩個光電探測器，做減法以后

西北大學博士學位論文了接收方得到信息為 時，信源端發(fā)送消息的不確定由此可以推導出表示整體信息量的互信息I : = H + H H , 4 所示。最終，從信息上的角度給出高斯白噪聲信C = log 1 + ，稱為系統(tǒng)的信噪比， 為信號的方差， 代表噪

與 Eve 進行集體攻擊時引入的過噪聲之間的關系圖。仿真參數(shù)為 = , = . , = . , = . , = , = 且 = . 。意實際攻擊模式下系統(tǒng)安全監(jiān)控全監(jiān)控條件QKD 系統(tǒng)完成量子傳輸之后，Alice 和 Bob 將共享兩個相關的向量 , x 和y = y , y , , y ，N 代表接收到的脈沖總數(shù)。系統(tǒng)所涉及的量子是普通的線性模型，有y = tx + z， （3.2 ηT ∈ ，且z是一個滿足正態(tài)分布的噪聲項，該噪聲項方差為σ = N + ηTε + V ， （3.2系統(tǒng)的散粒噪聲方差，ε表示系統(tǒng)總的過噪聲。當 Eve 采用個體攻擊對系統(tǒng)

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

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相關博士學位論文 前4條

1 孫鑫;機器學習中特征選問題研究[D];吉林大學;2013年

2 陸鳶;連續(xù)變量量子保密通信技術研究[D];上海交通大學;2011年

3 羅瑜;支持向量機在機器學習中的應用研究[D];西南交通大學;2007年

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相關碩士學位論文 前1條

1 劉維琪;連續(xù)變量及離散變量混合型量子保密通信研究[D];西北大學;2014年

本文編號：2776314