实际QKD系统的安全性分析

发布时间：2017-04-23 13:06

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【摘要】：量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)是一种能使通信双方共享无条安全密钥的密钥分发手段,其安全性得到量子力学基本原理保证。自1984年Bennet和Brassard提出首个具有里程碑意义的QKD协议(BB84协议)以后,人们对QKD进行了广泛研究,又提出了许多其他协议,如EPR协议等。这些QKD协议已陆续在理论上被证明是无条件安全的,而这里的理论无条件安全性证明都是建立在QKD系统设备理想的假设下。然而,实际QKD系统存在很多不满足理论假设条件的因素,如实际QKD系统中采用的光源通常是微弱激光脉冲光源,无法满足QKD协议中单光子光源的要求。实际QKD系统的非理想可能导致一些安全隐患,研究实际QKD系统的安全性对于推动QKD技术的应用具有重要的理论意义和实际意义。本文首先从QKD的实际物理模块和后处理两个方面,分析了实际QKD系统中存在的安全问题,并主要针对实际光源为多光子光源且光脉冲数有限的情况,分析实际QKD系统的安全性。具体研究内容如下:基于Lindeberg-Levy中心极限定理提出了一种估计QKD系统计数率和误码率的方法,比Cai和Scarani文章中的估计方法[21]得到的计数率和误码率的上、下界更紧凑,然后利用此估计方法给出了有限码长下实际系统的安全码率下界计算公式,并对两种估计方法得到的安全码率进行了数值模拟。仿真实验表明,本文的参数估计方法得到的实际QKD系统安全码率比文献[21]的更高。从经典信息论安全和量子信息中可组合性安全两种安全定义出发,对有限码长下的实际QKD安全性进行了分析。Bennett的安全性分析理论假设Eve获取的信息量是已知的,而实际系统中我们只能对泄露的信息量进行估计。因此,需要考虑有限码长效应,本文将有限码长考虑到安全分析模型中,根据有限码长下的安全码率,改进了Bennett的安全性分析理论,并给出了有限码长实际QKD系统中最终密钥信息泄露量的上界公式。此外,本文还基于可组合性的对有限码长下的QKD安全性进行了分析。
【关键词】：量子密钥分发 BB84协议 有限码长 安全码率 安全性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O413;TN918.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-12
• 1.1 课题背景8-10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.3 本文主要研究内容及组织结构11-12
• 第2章 实际QKD系统的安全问题12-23
• 2.1 引言12
• 2.2 QKD协议12-18
• 2.2.1 BB84 协议12-15
• 2.2.2 诱饵态BB84协议15-16
• 2.2.3 其他协议16-18
• 2.3 实际QKD物理子系统的安全问题18-20
• 2.3.1 光源18-19
• 2.3.2 信道19-20
• 2.3.3 探测器20
• 2.4 实际QKD后处理子系统的安全问题20-21
• 2.5 本章小结21-23
• 第3章 有限码长条件下的QKD安全码率23-34
• 3.1 引言23
• 3.2 无限码长下的安全码率23-26
• 3.3 有限码长下的安全码率26-31
• 3.3.1 基于中心极限定理的参数估计方法27-29
• 3.3.2 计数率、误码率及安全码率的估计29-31
• 3.4 仿真实验31-32
• 3.5 本章小结32-34
• 第4章 有限码长下的QKD安全性分析34-41
• 4.1 引言34
• 4.2 有限码长下基于信息论的QKD安全性分析34-38
• 4.2.1 保密增强34-35
• 4.2.2 QKD的信息论安全性定义35-36
• 4.2.3 QKD的信息论安全性分析36-38
• 4.3 有限码长下基于可组合性的QKD安全性分析38-39
• 4.3.1 QKD的可组合安全性定义38-39
• 4.3.2 QKD的可组合安全性分析39
• 4.4 本章小结39-41
• 结论41-42
• 参考文献42-46
• 致谢46

【共引文献】

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1 陈策;姜晓辉;胡勇;;装备软件状态标识的消息认证码[J];火力与指挥控制;2015年08期

2 陈策;胡勇;周伟;;数字签名技术在装备软件状态管理中的应用研究[J];软件导刊;2014年09期

3 李佳雨;石会;邓元庆;龚晶;关宇;;抗滑动攻击的LEX算法改进及分析[J];通信技术;2015年02期

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1 郑行;AES算法的硬件优化实现及应用研究[D];厦门大学;2014年

2 杨莉莉;大数分解的若干历史问题研究[D];山西师范大学;2014年

3 郭芳芳;基于保实分数离散余弦变换和混沌的图像加密[D];南昌大学;2014年

4 耿健;基于FPGA的图像加密系统设计与实现[D];南昌大学;2014年

5 徐立杰;网络信息安全技术在手机银行系统中的应用与研究[D];华北电力大学;2014年

6 王萌;基于物联网燃气仪表数据采集与管理的设计与实现[D];北京工业大学;2014年

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本文编号：322428