光纖量子密鑰分配關鍵技術研究.pdf

1、幾千年來，密碼學一直在國防、軍事、外交等領域發(fā)揮著重要作用。隨著計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，密碼學在我們的日常生活中也起到不可或缺的作用。密碼學的基本目的就是使得通信雙方能夠通過不安全的信道安全地傳送信息，這就有賴于通信雙方使用的密碼體制，現(xiàn)有的密碼體制主要有兩大類——“對稱密鑰密碼體制”和“公鑰密碼體制”。量子計算機的提出和量子算法的出現(xiàn)，給這兩種密碼體制都帶來了巨大的潛在安全威脅。
　　 “一次一密”密碼體制是密碼學中惟一被證

2、明安全的密碼體制，但其卻存在密鑰分配的難題。量子密鑰分配的出現(xiàn)無疑解決了這一難題。量子密鑰分配以量子理論為基礎，可以在不安全的公共信道上安全地實時分配密鑰。因此，將量子密鑰分配與一次一密相結(jié)合，就可以完美地實現(xiàn)無條件安全的保密通信。
　　 量子密鑰分配自1984年提出以來，一直受到廣泛關注，世界各國均投入大量人力物力進行研究，經(jīng)過二十幾年的發(fā)展，無論在理論還是在實驗方面均取得了巨大的進展。目前，量子密鑰分配正向?qū)嵱没较虬l(fā)展。本

3、文以光纖量子密鑰分配關鍵技術為主要研究內(nèi)容，包括端到端量子密鑰分配系統(tǒng)的高速遠距離實現(xiàn)技術和量子密鑰分配網(wǎng)絡的組網(wǎng)技術，主要研究成果分為以下六個方面：
　　 1、在標記單光子源誘騙態(tài)實驗的基礎上，分析光強波動這一實際問題，對比弱相干態(tài)光源和標記單光子源，發(fā)現(xiàn)標記單光子源是一種好的誘騙態(tài)實驗光源，它不僅有更長的安全傳輸距離，而且受光強波動的影響比弱相干態(tài)光源更小。
　　 2、在已有Faraday-Michelson干涉環(huán)量

4、子密鑰分配系統(tǒng)的基礎上，改進系統(tǒng)結(jié)構，提出參數(shù)選擇判據(jù)，將系統(tǒng)速率提高到20MHz，并將其應用到實地量子密鑰分配網(wǎng)絡中。
　　 3、基于不等臂Faraday-Michelson干涉環(huán)結(jié)構，在實驗室內(nèi)用波形發(fā)生器、超導單光子探測器和時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器等儀器搭建出一套高速差分相位量子密鑰分配系統(tǒng)，系統(tǒng)速率達到2GHz，標準單模光纖傳輸距離長達260公里，信道衰減達52.9dB，將國際量子密鑰分配實驗最大信道衰減提高一個數(shù)量級。
　

5、　 4、提出用連續(xù)光進行量子密鑰分配的方案。此方案在高速遠距離量子密鑰分配中有很大的優(yōu)勢，使用連續(xù)光后，發(fā)射端控制系統(tǒng)會變得簡單，信號的光譜質(zhì)量會更好，信道的色散展寬效應會大大減弱。然后，通過用連續(xù)光實現(xiàn)差分相位量子密鑰分配對該方案進行了可行性檢驗。
　　 5、在蕪湖電信光網(wǎng)絡上設計和搭建出多層級量子政務網(wǎng)。該量子密鑰分配網(wǎng)絡有七個用戶節(jié)點，其中五個在蕪湖市的政府部門內(nèi)。根據(jù)優(yōu)先級，將全網(wǎng)用戶分成兩個層級——骨干量子密鑰分配網(wǎng)

6、絡和量子密鑰分配子網(wǎng)，其中骨干量子密鑰分配網(wǎng)絡是以量子路由器為核心構建的全時全通網(wǎng)絡，量子密鑰分配子網(wǎng)是以程控量子交換機為核心構建的時分復用網(wǎng)絡，兩個層級的量子密鑰分配網(wǎng)絡以可信任中繼的方式融合在一起。
　　 6、提出波長節(jié)約型全時全通量子路由器方案，與之前我們小組提出的全時全通量子路由器相比，能節(jié)約50％～75％的波長資源。通過分析拓撲結(jié)構，發(fā)現(xiàn)波長節(jié)約型全時全通量子路由器對應的圖論模型，并提出兩種簡單易行的量子路由器內(nèi)部連接