基于FPGA的量子密钥分发系统认证方案设计与实现

发布时间：2024-12-18 21:39

　　量子密钥分发(Quantum key distribution,QKD)技术是一种通过传输量子态在远距离通信双方Alice和Bob之间产生并分享安全密钥的技术。QKD的安全性主要基于量子力学的海森堡测不准原理和未知量子态不可克隆定理,另外,还要求公共通信通道是经过认证的信道。为了使公共通信信道满足这一条件,一个完整的QKD系统必须包含无条件安全的认证模块。本文设计并实现了一个基于FPGA的QKD系统认证方案,完成的主要工作包括:首先对目前的一些主要认证算法进行了研究,选择了一个适合于FPGA的认证算法——基于Toeplitz hash的认证算法,并且在Matlab上进行了仿真试验。根据实验结果,该算法的可行性得到了证实。然后,基于Toeplitz hash认证算法进行硬件设计,使用Verilog HDL语言设计了整个算法模块的硬件电路,包括算法控制模块、LFSR随机数生成模块、算法辅助运算模块。对整个算法模块进行了硬件仿真,仿真结果显示该模块能有效的完成认证算法核心功能。最后,设计了一个完整的QKD认证协议。针对认证中的密钥同步问题,设计了一个基于约定的经典认证协议。该协议中认证密钥仅使...

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1QKD系统结构图

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果-11-态，由海森堡不确定性原理知，Eve通过测量不可能精确地知道量子态包含的信息，从而无法根据测量结果重新调制与传输量子态一致的量子态，也就是说Eve在执行窃听后，传输到Bob的量子态会发生改变，这增加了Alice与Bob信息的误码率。因此窃....

图1-2研究框架图

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果-17-图1-2研究框架图如图1-2所示，本文主要研究内容和章节安排如下：第1章，绪论。介绍了课题的研究背景和意义，简要阐述了QKD理论及实验系统发展现状，并且简要介绍了现在国内外QKD认证技术发展现状，最后简要介绍了本文的主要研究内容并且介绍....

图2-2认证模块输入输出

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果-21-商码，另一个输入通常为QKD系统上一轮产生的安全密钥，用于从通用哈希函数族中选择哈希函数。保密增强模块的输出则为安全码。图2-4显示了保密增强模块的输入输出。影响保密增强模块的因素有交互数据量、处理速度、存储资源消耗、安全参数和哈希函数....

图3-1Toeplitzhash算法仿真流程图

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果-36-成消息标签对，发送给接收端Bob。仿真流程如图3-1所示。图3-1Toeplitzhash算法仿真流程图Bob收到消息标签对后，分别解析出仿真数据和标签。将仿真数据进行哈希计算的到的标签与解析出的标签进行比较，比较二者是否一致，若一致，....

本文编号：4017158