连续变量量子密钥分发协议的有限码长效应分析

发布时间：2020-09-01 15:47

　　 量子密钥分发(QKD)是指通信双方以量子态作为密钥的载体,通过量子信道传输,在通信双方之间协商出密钥的一种密钥分发方法。利用此密钥对经典信息进行一次一密的加密,能够实现理论上的无条件安全。QKD的安全性由量子力学的海森堡测不准原理和量子不可克隆定理来保证,具有物理安全特性的量子密钥分发技术得到了广泛关注和快速发展。自第一个QKD协议诞生以来,经过三十年的发展,QKD从实验技术与理论安全性分析两方面都取得了显著进展。以BB84为代表的离散变量QKD协议,以及以GG02协议为代表的连续变量QKD协议都逐步被证明了其理论上的无条件安全。近几年,QKD系统也接近实用化,我国于2017年完成“京沪干线”量子保密通信骨干网络项目,全长约2000余公里,成为量子通信领域的一项重大进展。连续变量量子密钥分发(CV-QKD)协议采用光场态的正则分量来编码信息,并采用平衡零差探测或外差探测的手段来获取信息,探测器件具备高响应频率和高探测效率的潜在优势。CV-QKD系统与光纤网络有良好的兼容性,有利于其应用推广。因此,CV-QKD协议得到了越来越多的关注,其中,最具代表性的高斯调制相干态协议(GG02协议)是目前大多数量子密钥分发系统采用的主流协议,且安全性理论证明也较为完善。相干态连续变量量子密钥分发协议在理论上被证明是无条件安全的。然而,实际的CV-QKD系统中因为探测装置的不完美,易受到黑客攻击,对此人们提出了连续变量测量设备无关(CV-MDI)协议。由于该协议的测量部分完全交由非可信的第三方来进行,所以协议的安全性不依赖于探测器的安全性,因此该协议天然可以抵御所有的针对探测器的黑客攻击方案。由于CV-QKD协议的理论安全性分析是基于通信双方交换无限多信号数的渐进方案的假设,但实际的CV-QKD协议的通信双方计算能力有限,能交换的密钥长度也是有限的。因此,CV-MDIQKD的实际实施中不应该忽视有限码长的影响。为了解决这个问题,我们研究了有限码长效应对联合窃听下的连续变量测量设备无关量子密钥分发(CV-MDIQKD)协议的影响,主要考虑参数估计过程的有限码长效应。主要利用中心极限定理和最大似然估计定理来进行参数估计。我们还分析了协议中通信双方交换信号数与最优调制方差的关系,证明了当Charlie的位置靠近Bob时,有限码长效应的CV-MDI QKD协议在非对称结构下有最远的传输距离。最后,我们讨论了在CV-MDIQKD协议中有限码长效应对实际探测器的影响。总体结果表明,有限码长效应对CV-MDIQKD协议的安全密钥率有很大的影响且是不可忽视的。
【学位单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN918;O413
【部分图文】：

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【参考文献】

相关博士学位论文 前1条

1 王天一;基于连续变量的量子密钥分发系统中长距离传输技术与安全性研究[D];北京邮电大学;2015年

相关硕士学位论文 前1条

1 李继伟;光纤量子通信网络中的多址技术及单光子波长变换研究[D];西安电子科技大学;2014年

本文编号：2809934