实际量子密钥分发系统安全性的实验研究量子信息物理专业论文.docxVIP

中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成 中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成 果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰 写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了 明确的说明。 作者签名：三岔2_聿球 签字日期：二塑堕二生．卫 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学 拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构 送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中 国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内 容相一致。 必威体育官网网址的学位论文在解密后也遵守此规定。 口必威体育官网网址——年 作者签名：岔拯一塑眯、 导师签名： 签字日期：尘心．；．牛 签字日期： 丛生莎‘严 万方数据 摘要摘要 摘要 摘要 量子必威体育官网网址通信是量子信息和计算机科学完美结合的一个交叉领域，它利用 量子理论为实现真正的必威体育官网网址信息交换提供了一个理论上无条件安全的方法。量 子必威体育官网网址通信领域正蓬勃发展，从1984年Bennett和Brassard提出以他们命名的 BB84协议这一经典的量子密钥分发协议(QKD)以来，量子必威体育官网网址通信逐渐从实 验室验证、短距离、低成码率的QKD模型，发展成为网络化、远距离，以及高 效率高成码率高稳定性的实用系统。目前国内外已有许多公司对QKD系统进行 了商业化生产，国内的QKD网络的覆盖范围也逐渐扩大，比如目前己运行的合 肥网、济南网以及2016年预计开通的QKD京沪干线。 伴随实际QKD系统的逐渐发展和成熟，量子安全性问题以及现实系统的安 全性漏洞也逐渐被大家所认识和重视。目前已逐渐提出了一些针对现实系统漏 洞的量子黑客攻击方案，而且其中一些方案实现了简单而有效的攻击系统演示。 这些攻击方案扎根于现实QKD系统和理论系统假设之间的偏差，例如量子理论 中不可克隆定理要求光源为单光子源，而现实系统中很难产生单光子源，一般 简单以弱相干光源代替。然而其中的多光子成分则可以提供量子比特的完美备 份，从而泄露信息给窃听者。 本论文作者在博士期间主要的工作主要是对QKD系统的研究，主要集中 在对安全性相关的研究工作，包括对光源子系统的漏洞分析、攻击方案设计和 演示，以及对测量设备无关的QKD(MDIQKD)协议的系统集成化、实用化设 计。本文主要介绍QKD相关的理论基础、实验技术，以及本人在博士期问的相 关工作。在光源攻击方面，文中分析了相位非随机化光源的量子密钥分发系统 所存在的安全性漏洞，以及如何利用此漏洞设计攻击方案和进行攻击演示。该 工作证明了相位随机化在提取安全密钥过程中的重要性。在测量设备无关QKD (MDIQKD)方面，研究MDIQKD的关键技术和实现高速、高性能、高稳定性 MDIQKD系统，首次实现了世界最远距离室内MDIQKD实验，以及外场的实 验验证。该工作是在QKD领域中非常关键的一步，刷新了量子通信安全传输 的世界纪录。该工作中实现的高质量Bell态测量技术也为其它量子通信任务提 供了一份技术参考。在此基础上，文中进一步介绍了本人后续的MDIQKD网 络系统的工作，利用光开关切换各个节点，进行了三节点的星形MDIQKD网 络。MDIQKD本身具备扩展为星形网络的特点，而且可以将安全性不依赖的探 测设备放在星形网络中心被各星形网络外围的各节点共享。和MDIQKD相关， 文中也介绍了和MDIQKD类似的探测设备无关QKD协议即DDIQKD，本人对 DDIQKD进行了相位系统设计，相比偏振系统，相位编码DDIQKD系统更容易 在光纤链路中实现。最后进行了该协议的实验验证和高速系统测试，相比传统 QKD系统，我们得到了相同量级的成码率并提高了安全性能。 万方数据 摘要关键词：量子密钥分发，BB84协议，安全性漏洞，相位随机化，无歧义量子态 摘要 关键词：量子密钥分发，BB84协议，安全性漏洞，相位随机化，无歧义量子态 区分，量子黑客攻击，测量设备无关，量子网络，探测设备无关 II 万方数据 ABSTRACTABSTRACT ABSTRACT ABSTRACT Quantum cryptography is an interdisciplinary field of quantum mechanics and information theory,which offers information—theoretical security for communication．