發(fā)布時(shí)間：2021-08-12 03:01

　　量子密鑰分發(fā)（Quantum Key Distribution,QKD）技術(shù)利用量子物理原理,向需要保密通信的雙方提供理論上無條件安全的通信密鑰。自BB84協(xié)議提出以來,QKD技術(shù)受到了量子物理、計(jì)算機(jī)科學(xué)與密碼學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域研究者的廣泛關(guān)注。目前,QKD系統(tǒng)正逐步從實(shí)驗(yàn)原理樣機(jī)向小型化、集成化、實(shí)用化的商用QKD系統(tǒng)發(fā)展。本文以ZYNQ開發(fā)平臺(tái)為基礎(chǔ),完成了QKD系統(tǒng)總體控制模塊、時(shí)序控制模塊、后處理模塊及通信模塊等四個(gè)關(guān)鍵模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。本文的主要工作如下:（1）總體控制模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)信號(hào)的控制,本課題通過分析QKD系統(tǒng)的工作流程,開發(fā)了一套量子密鑰分配終端控制軟件;為了解決外部環(huán)境變化導(dǎo)致的系統(tǒng)工作效率降低的問題,本課題提出了一種自適應(yīng)的參數(shù)自檢方案。（2）時(shí)序控制模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。為了完成總體控制模塊指令的解析,生成QKD系統(tǒng)設(shè)備的工作信號(hào),本課題設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套時(shí)序生成方案;為了解決QKD系統(tǒng)通信雙方的時(shí)鐘同步問題,本課題還實(shí)現(xiàn)了一種基于光纖的時(shí)鐘同步方案。（3）后處理模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。為了使通信雙方生成一致的安全密鑰,本課題在課題組自主研發(fā)后處理算法IP核的基... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

ZCU106資源圖

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-10-利用量子信息熵的性質(zhì)，給出的BB84理想條件下的安全證明。這三種證明均可以獲得最終的安全碼率公式，如公式(2-3)所示。其中，代表誤碼率，且當(dāng)<11%時(shí)，普遍認(rèn)為得到的密鑰是安全的。(2-3)2.2.2QKD系統(tǒng)組成量子密鑰分發(fā)在過去的二十年中得到了快速發(fā)展并進(jìn)入了實(shí)用化研究的階段。QKD系統(tǒng)一般主要由物理層、后處理層、控制層等三部分組成，如圖2-3所示。其中，物理層是完成雙方量子通信的基礎(chǔ)，其功能為產(chǎn)生并傳輸量子態(tài)的原始密鑰，主要由單光子源、量子信道、調(diào)制器及單光子探測(cè)器等組成。后處理層是通信雙方實(shí)現(xiàn)一致密鑰的保證，其功能是將原始密鑰提純得到最終的安全密鑰，主要由密鑰篩癬誤碼協(xié)商、保密增強(qiáng)及信道認(rèn)證等關(guān)鍵步驟組成。控制層是QKD系統(tǒng)的工作核心，也是保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，其功能是控制QKD系統(tǒng)高效穩(wěn)定的完成密鑰傳輸工作。圖2-3QKD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在本課題實(shí)現(xiàn)的QKD系統(tǒng)中，物理層采用改進(jìn)的雙路“即插即用”QKD物理系統(tǒng)，控制層與后處理層作為本課題的主要研究對(duì)象，選用ZynqUltraScale+MPSoCZCU106開發(fā)套件作為開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-11-2.2.3QKD系統(tǒng)物理層工作流程QKD物理系統(tǒng)是完成量子通信的基矗日內(nèi)瓦大學(xué)Gisin研究小組提出的雙路“即插即用”QKD物理系統(tǒng)具有通信距離遠(yuǎn)、穩(wěn)定性高、誤碼率低，能夠自動(dòng)補(bǔ)償色散等特點(diǎn)，因此被廣泛使用[68]。本課題使用的QKD物理系統(tǒng)是基于雙路“即插即用”QKD物理系統(tǒng)改進(jìn)而成的，其光路如圖2-4所示：圖2-4改進(jìn)的雙路“即插即用”QKD物理系統(tǒng)光路圖光路中的光學(xué)器件多為保偏器件，以此保證在傳輸過程中光子的偏振狀態(tài)不受影響。各個(gè)光學(xué)器件的名稱和功能如表2-1所示：表2-1QKD物理系統(tǒng)光學(xué)器件表器件標(biāo)識(shí)器件名稱器件功能LD激光器發(fā)出激光脈沖SPD單光子探測(cè)器探測(cè)單光子Circulator保偏環(huán)形器控制激光器光束及調(diào)制后光束的傳播方向BS50/50分束器將一束脈沖激光分為50/50兩束脈沖光PM相位調(diào)制器對(duì)光子加載相位進(jìn)行調(diào)制DL延遲光纖補(bǔ)償傳輸延時(shí)PBS偏振分束器將偏振光分為水平、垂直兩個(gè)分量SMF單模光纖傳輸光子與量子信息，即量子信道ATT衰減器光束兩次經(jīng)過衰減器，能量被衰減至單光子水平SL存儲(chǔ)光纖減少瑞利散射影響，降低誤碼FR90o法拉第偏轉(zhuǎn)鏡將輸入光旋轉(zhuǎn)90o偏振態(tài)以一次QKD系統(tǒng)通信過程為例，該物理系統(tǒng)的詳細(xì)工作內(nèi)容如下：（1）Bob端激光器（LaserDiode,LD）發(fā)出波長(zhǎng)約為1550nm的偏振脈沖


本文編號(hào)：3337446