本文關鍵詞：量子密鑰分發(fā)寬頻電子控制系統(tǒng)設計

  更多相關文章： 量子密鑰分發(fā)寬頻電子控制系統(tǒng) 控制信號生成 高頻數(shù)字電路設計 FPGA

【摘要】：隨著計算機技術的不斷發(fā)展,基于問題求解規(guī)模的現(xiàn)代密碼遇到了越來越嚴峻的考驗。雖然一次一密加密算法能保證信息的絕對安全,但如何進行大規(guī)模的密鑰分發(fā)和管理卻極大的限制了它的實用性。量子密鑰分發(fā)(Quantum Key Distribution,QKD)利用量子本身的物理特性很好的解決了長距離密鑰分發(fā)的問題。QKD系統(tǒng)包括QKD物理系統(tǒng)、QKD電子控制系統(tǒng)、QKD后處理系統(tǒng)和應用層軟件。不同的QKD物理系統(tǒng)量子態(tài)的制備、傳輸和測量過程均不相同,導致已有的QKD電子控制系統(tǒng)很難對新結構的QKD物理系統(tǒng)進行適配。為了提升QKD電子控制系統(tǒng)對物理系統(tǒng)的適配能力,本課題研制了一種適用于采用相位編碼的雙路QKD物理系統(tǒng)的寬頻電子控制系統(tǒng)。本文主要完成了以下工作:針對雙路QKD物理系統(tǒng)的寬頻控制問題,提出了一種PC軟件和FPGA相結合的QKD寬頻電子控制系統(tǒng)架構。為了提升QKD電子控制系統(tǒng)的適應性和穩(wěn)定性,該架構將控制系統(tǒng)劃分為負責具體信號生成的核心控制模塊和負責參數(shù)設置的指令控制模塊。該架構很好的解決了基于Faraday-Michelson的雙路QKD物理系統(tǒng)在不同通訊要求下面臨的控制問題。針對QKD物理系統(tǒng)對控制信號頻率變化范圍大、調節(jié)精度高的需求,提出了一種基于專用計數(shù)器的控制信號生成方案。該方案解決了高頻工作時鐘下控制信號輸出不理想的高頻數(shù)字電路設計問題。為了解決相位調制器控制數(shù)據(jù)生成過程和控制信號生成過程因速度不匹配造成控制信號輸出間斷的問題,本課題提出了一種基于流水線思想的相位調制器控制數(shù)據(jù)生成方案和控制信號生成方案。實驗結果表明,本課題提出的專用計數(shù)器方案和流水線設計方案能夠達到物理系統(tǒng)對于控制信號的要求,降低了QKD通訊過程的誤碼率。為了驗證本課題提出的QKD寬頻電子控制系統(tǒng)的實用性,本課題在實現(xiàn)QKD寬頻電子控制系統(tǒng)的基礎上搭建了一套QKD實驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)的現(xiàn)場測試結果表明:本課題設計的QKD寬頻電子控制系統(tǒng)能夠以不同頻率控制信號驅動物理系統(tǒng)進行信息的交互并成功進入后處理流程,有效解決了QKD物理系統(tǒng)在不同工作頻率下不能長時間正確運行的問題,促進了QKD系統(tǒng)的實用化。
【關鍵詞】：量子密鑰分發(fā)寬頻電子控制系統(tǒng) 控制信號生成 高頻數(shù)字電路設計 FPGA
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN918.4;TP273
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義10-11
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 國內研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 國內外研究總結14-15
• 1.3 本文的主要內容和組織15-16
• 第2章 QKD系統(tǒng)研究16-31
• 2.1 引言16
• 2.2 QKD系統(tǒng)結構16-21
• 2.2.1 QKD系統(tǒng)基本協(xié)議17-18
• 2.2.2 基于相位編碼的QKD物理系統(tǒng)18-21
• 2.2.3 QKD后處理21
• 2.3 QKD物理系統(tǒng)關鍵設備介紹21-24
• 2.3.1 單光子源22
• 2.3.2 相位調制器22-23
• 2.3.3 單光子探測器23-24
• 2.4 QKD電子控制系統(tǒng)24-28
• 2.4.1 控制系統(tǒng)工作流程25-26
• 2.4.2 控制系統(tǒng)設計難點26-28
• 2.5 QKD寬頻電子控制系統(tǒng)架構設計28-30
• 2.6 本章小節(jié)30-31
• 第3章 QKD寬頻電子控制系統(tǒng)核心模塊設計31-58
• 3.1 引言31
• 3.2 時鐘模塊31-34
• 3.2.1 鎖相環(huán)基本原理31-32
• 3.2.2 混合模式時鐘管理32-33
• 3.2.3 時鐘模塊硬件設計33-34
• 3.3 握手模塊34-37
• 3.3.1 握手模塊算法流程34-35
• 3.3.2 握手模塊的設計與實現(xiàn)35-37
• 3.4 LD/SPD控制模塊37-43
• 3.4.1 IODELAYE1與IDELAYCTRL37-38
• 3.4.2 LD/SPD控制模塊算法流程38-39
• 3.4.3 LD/SPD控制模塊原始方案39-41
• 3.4.4 專用計數(shù)器設計41-43
• 3.4.5 LD/SPD控制模塊改進方案43
• 3.5 隨機數(shù)模塊43-45
• 3.5.1 線性移位反饋寄存器43-44
• 3.5.2 隨機數(shù)生成模塊硬件設計44-45
• 3.5.3 隨機數(shù)采集模塊硬件設計45
• 3.6 PM控制模塊45-50
• 3.6.1 PM控制數(shù)據(jù)生成流程46-47
• 3.6.2 PM控制數(shù)據(jù)生成硬件設計47-48
• 3.6.3 PM控制信號生成模塊算法流程48-49
• 3.6.4 PM控制信號生成模塊硬件設計49-50
• 3.7 后處理接口模塊50-57
• 3.7.1 數(shù)據(jù)采集模塊50-52
• 3.7.2 網(wǎng)絡通信模塊52-57
• 3.8 本章小節(jié)57-58
• 第4章 QKD寬頻電子控制系統(tǒng)指令模塊設計58-68
• 4.1 引言58
• 4.2 指令設計58-59
• 4.3 指令接收模塊59-61
• 4.3.1 Uart通訊協(xié)議59-60
• 4.3.2 指令接收模塊算法流程60
• 4.3.3 指令接收模塊硬件設計60-61
• 4.4 指令執(zhí)行模塊61-62
• 4.4.1 指令執(zhí)行模塊算法流程61
• 4.4.2 指令執(zhí)行模塊硬件設計61-62
• 4.5 配置寄存器組模塊62-64
• 4.5.1 寄存器編址63-64
• 4.5.2 寄存器更新算法64
• 4.6 指令模塊軟件設計64-67
• 4.6.1 數(shù)據(jù)類設計64-65
• 4.6.2 軟件的主要工作流程65-67
• 4.7 本章小節(jié)67-68
• 第5章 QKD寬頻電子控制系統(tǒng)測試68-94
• 5.1 引言68
• 5.2 QKD寬頻電子控制系統(tǒng)測試環(huán)境68-70
• 5.3 QKD寬頻電子控制系統(tǒng)核心模塊測試70-83
• 5.3.1 時鐘模塊測試70
• 5.3.2 握手模塊測試70-71
• 5.3.3 LD/SPD控制模塊測試71-75
• 5.3.4 隨機數(shù)模塊測試75-77
• 5.3.5 PM控制模塊測試77-81
• 5.3.6 后處理接口模塊測試81-83
• 5.4 QKD寬頻電子控制系統(tǒng)指令模塊測試83-90
• 5.4.1 寬頻電子控制系統(tǒng)控制軟件測試83-84
• 5.4.2 指令接收模塊測試84-87
• 5.4.3 指令執(zhí)行模塊測試87-88
• 5.4.4 配置寄存器組模塊測試88-90
• 5.5 整體測試90-93
• 5.5.1 2M系統(tǒng)測試90-92
• 5.5.2 20M系統(tǒng)測試92-93
• 5.6 本章小節(jié)93-94
• 結論94-95
• 參考文獻95-101
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其他成果101-103
• 致謝103

，

本文編號：629041