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THz波段量子密钥分发研究

2020-12-08阅读(836)

THz波段量子密钥分发研究

论文摘要

量子密钥分发（Quantum Key Distribution,QKD）近30年来在理论和实验中发展迅速,已进入实际应用阶段。QKD提供了一种在两个远程方之间无条件安全地分发随机密钥的方法,这也是经典无线通信中任何保密措施无法比拟的。然而,现有QKD系统大都是基于光纤的且设备过于笨重昂贵,适用于短距离无线通信的QKD协议急需开发。太赫兹波段量子密钥分发（Terahertz Quantum Key Distribution,THz QKD）不仅可以解决无线通信频带稀缺问题,还保障了通信的绝对安全。THz QKD是实现QKD实用化的最具前景的方案之一。论文首先简要阐述了QKD的发展历程,无线通信系统的需求及现有QKD系统的不足之处。分析了太赫兹波段QKD的优势,并探讨了实现THz QKD协议的方法与技术。其次,介绍了THz QKD协议的相关理论基础包括:量子力学相关定理和信息论相关基础;量子态的调制方案、量子信道建模及接收端测量方法;讨论了安全性分析模型、窃听攻击方案及系统噪声,重点给出了CV-QKD系统原理及工作过程。第三,讨论了THz波段对应的量子的状态及热噪声带来的影响,分析THz波段信道的传输特性及热态QKD协议分析模型,在此基础之上提出了一种THz波段QKD协议,并进行安全性分析与密钥率计算,指出理想情况下,THz QKD系统的安全通信距离可达58 m。此外,结合现有的THz和光学器件给出可能实现的系统方案,并在室内信道模型下对安全密钥率以及安全传输距离的影响因素进行分析,得出了正向信息协调与零差探测结合的方案是实现THz QKD的最优方案。第四,结合OFDM技术,提出了改善THz QKD系统密钥率的方案,讨论了基于OFDM的THz QKD系统各个模块的工作原理包括:OFDM编码技术、正交调制技术及零差测量技术,在此基础上提出了OFDM THz QKD协议及安全性分析,得出了0.35 THz QKD系统的安全传输距离为14m,当采用32路正交载波复用方案时,系统的密钥率可提升31倍,且安全传输距离的损耗较小。最后,对全文进行总结,展望了下一步的工作。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 符号对照表
  • 缩略语对照表
  • 第一章 绪论
  •   1.1 量子密钥分发概述
  •     1.1.1 离散变量量子密钥分发的发展现状
  •     1.1.2 连续变量量子密钥分发的发展现状
  •   1.2 选题意义及依据
  •     1.2.1 QKD系统实用化需求
  •     1.2.2 无线通信系统对无条件安全及数据速率的需求
  •     1.2.3 太赫兹波段量子密钥分发相关研究
  •   1.3 本文内容安排
  • 第二章 连续变量密钥分发的相关基础
  •   2.1 量子力学及信息论相关知识
  •     2.1.1 海森堡不确定性原理与量子态不可克隆定理
  •     2.1.2 信息论相关知识
  •   2.2 连续变量量子密钥分发系统的基本原理
  •     2.2.1 量子态
  •     2.2.2 调制技术
  •     2.2.3 量子信道
  •     2.2.4 检测方案
  •     2.2.5 后处理
  •   2.3 连续变量量子密钥分发的安全性分析
  •     2.3.1 安全性分析模型及评估方法
  •     2.3.2 攻击策略
  •     2.3.3 噪声模型
  •   2.4 本章小结
  • 第三章 基于热态的太赫兹波段量子密钥分发
  •   3.1 协议基础工作
  •     3.1.1 热噪声
  •     3.1.2 THz波的大气衰减
  •     3.1.3 协议假设
  •     3.1.4 热态QKD协议模型
  •   3.2 THz波段QKD协议
  •     3.2.1 协议工作过程
  •     3.2.2 系统构成
  •     3.2.3 安全性分析
  •     3.2.4 密钥率分析
  •   3.3 室内THz QKD系统
  •     3.3.1 室内信道模型
  •     3.3.2 系统性能分析
  •   3.4 本章小结
  • 第四章 基于正交频分复用的太赫兹波段量子密钥分发
  •   4.1 引言
  •   4.2 基于OFDM的 THz QKD系统
  •     4.2.1 系统框图
  •     4.2.2 OFDM模块
  •     4.2.3 I/Q调制模块
  •     4.2.4 HD检测模块
  •   4.3 基于OFDM的 THz QKD协议
  •     4.3.1 协议工作过程
  •     4.3.2 安全性分析
  •     4.3.3 密钥率分析
  •   4.4 本章小结
  • 第五章 总结与展望
  •   5.1 总结
  •   5.2 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 作者简介

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 刘笑

    导师: 朱畅华

    关键词: 量子密钥分发,无线通信,太赫兹频段,正交频分复用

    来源: 西安电子科技大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,信息科技

    专业: 物理学,电信技术

    单位: 西安电子科技大学

    分类号: TN918.4;O413

    DOI: 10.27389/d.cnki.gxadu.2019.002504

    总页数: 81

    文件大小: 3508K

    下载量: 38

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