【摘要】：隨著量子物理和量子信息論的興起,憑借量子信號(hào)的特有屬性,人們提出了具有無(wú)條件安全性的量子保密通信,引起了社會(huì)各界人士的密切關(guān)注。它的出現(xiàn)改變了僅依賴(lài)數(shù)學(xué)與邏輯變換的傳統(tǒng)模式的加密方式,開(kāi)辟了基于物理機(jī)制的密碼學(xué)的新思路和新方法。量子保密通信以量子密碼為基礎(chǔ),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(shù)。該技術(shù)可以基于連續(xù)變量量子態(tài)或者離散變量量子態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)。理論上講,QKD技術(shù)具有無(wú)條件安全性。然而,由于實(shí)際實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的器件等存在一些非完美性問(wèn)題,QKD系統(tǒng)的無(wú)條件安全將會(huì)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(shí)際應(yīng)用,研究其實(shí)際安全性有著至關(guān)重要的現(xiàn)實(shí)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(duì)其實(shí)際安全性問(wèn)題進(jìn)行研究,力求提高實(shí)際環(huán)境中系統(tǒng)的性能和實(shí)際安全性。本文主要完成了以下幾個(gè)方面的工作內(nèi)容:1.研究基于任意個(gè)體或集體攻擊下CVQKD系統(tǒng)的實(shí)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(shí)際安全性問(wèn)題,實(shí)際問(wèn)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行攻擊。本文首先分析實(shí)際環(huán)境中所有可以被攻擊者利用的噪聲,計(jì)算了攻擊者成功掩蓋自己攻擊方式時(shí)所需本振光(Local oscillator,LO)擾動(dòng)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(jù)此下限,我們得到了實(shí)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(shí)際安全性問(wèn)題。2.研究了基于機(jī)器學(xué)習(xí)的CVQKD的參數(shù)評(píng)估與優(yōu)化方案。通過(guò)對(duì)支持向量回歸(Support vector regression,SVR)模型和CVQKD系統(tǒng)的結(jié)合,以期實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)性能和實(shí)際安全性的優(yōu)化。首先,通過(guò)大量數(shù)據(jù)訓(xùn)練出信號(hào)物理參數(shù)的SVR預(yù)測(cè)模型;然后,模型的預(yù)測(cè)結(jié)果值被作為反饋來(lái)控制系統(tǒng)參數(shù),以使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)的性能和實(shí)際安全性;最后,在高斯調(diào)制相干態(tài)(Gaussian modulated coherent state,GMCS)CVQKD系統(tǒng)中對(duì)該方案進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明此基于SVR的方案最終可以達(dá)到預(yù)期的優(yōu)化效果且有著幾個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)。3.為了提高CVQKD系統(tǒng)的性能和實(shí)際安全性,本文提出了一種基于連續(xù)隨機(jī)選擇測(cè)量基的CVQKD方案。首先我們對(duì)此方案進(jìn)行了詳細(xì)的介紹;然后計(jì)算了集體攻擊下所提方案的密鑰率,并對(duì)實(shí)際環(huán)境中系統(tǒng)的實(shí)際安全性進(jìn)行了分析。研究結(jié)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(cè)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(shù)實(shí)現(xiàn)。此外,基選擇不完美帶來(lái)的實(shí)際安全性問(wèn)題可以依據(jù)相位補(bǔ)償算法得以解決。
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN918;O413
【圖文】：

圖 1 相空間中各個(gè)量子態(tài)的展示。子密鑰分發(fā)技術(shù)編碼信息在光場(chǎng)的正則分量x和b 如何對(duì)x和p進(jìn)行測(cè)量才是下面一系列工作的有平衡零差檢測(cè)和平衡外差檢測(cè)兩種方式。Ho相同但強(qiáng)度很高的本振光與弱信號(hào)光互相干涉測(cè)量的目的。Heterodyne 探測(cè)器[59]可由兩個(gè)獨(dú)立對(duì)這兩種探測(cè)器的原理進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹：探測(cè)器依據(jù)接收端本振光和信號(hào)光的相位差測(cè)理如圖 2。目標(biāo)信號(hào)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(jìn)入兩個(gè)光電探測(cè)器，做減法以后

西北大學(xué)博士學(xué)位論文了接收方得到信息為 時(shí)，信源端發(fā)送消息的不確定由此可以推導(dǎo)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(chēng)為系統(tǒng)的信噪比， 為信號(hào)的方差， 代表噪

與 Eve 進(jìn)行集體攻擊時(shí)引入的過(guò)噪聲之間的關(guān)系圖。仿真參數(shù)為 = , = . , = . , = . , = , = 且 = . 。意實(shí)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(gè)相關(guān)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(gè)滿足正態(tài)分布的噪聲項(xiàng)，該噪聲項(xiàng)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(guò)噪聲。當(dāng) Eve 采用個(gè)體攻擊對(duì)系統(tǒng)

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

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本文編號(hào)：2776314