《單光子量子密鑰分發後處理系統的關鍵問題研究》是依託哈爾濱工業大學，由李瓊擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：單光子量子密鑰分發後處理系統的關鍵問題研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李瓊
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
量子密鑰分發(QKD)技術因其無條件安全性和竊聽可檢測性等優點已受到世界各國的重視，具有巨大的套用前景。目前單光子QKD的光路重複頻率高達GHz量級，後處理算法在速度和效率方面的局限性已成為桎梏高速QKD系統實用化的主要因素。本項目將後處理系統視為整體，將安全性作為主要約束條件，將淨安全碼率作為系統最佳化目標建立全面的QKD後處理系統數學模型。在該模型的指導下，為實現淨安全碼率的全局最優，分別基於定長信源編碼對信息互動量接近香農限的篩選算法進行研究；對高執行速度、低資源消耗、協商效率接近香農限的LDPC誤碼協商算法進行研究；基於組合原理和通用哈希函式族對低密鑰消耗的無條件安全認證算法、以及適應各後處理模組特點的密鑰消耗總量最優的認證策略進行研究。本項目的研究對於構建安全高效的單光子QKD系統、進一步推動量子保密信技術的發展具有一定的理論意義和套用價值。
結題摘要
量子密鑰分發(QKD)技術因其無條件安全性和竊聽可檢測性等優點已受到世界各國的重視，具有巨大的套用前景。目前單光子QKD的光路重複頻率高達GHz 量級，後處理算法在速度和效率方面的局限性已成為桎梏高速QKD系統實用化的主要因素。本項目將後處理系統視為整體，將安全性、資源消耗、處理速率等作為約束條件，將淨安全碼率作為系統最佳化目標建立了全面的QKD 後處理系統數學模型。基於該模型分別對後處理系統的篩選、誤碼協商和認證算法進行了深入研究。篩選的信息互動量占整個後處理的90%，本項目針對篩選數據的特性提出了一種定長信源編碼MZRL，並設計了基於MZRL的篩選算法，使得篩選的信息互動量壓縮率接近香農限，大大地降低了系統所需的認證密鑰消耗，從而提高系統的淨安全碼率。誤碼協商是QKD後處理的核心功能，本項目提出了一種高效LDPC誤碼協商算法，通過設計量化的解碼算法提高處理速率、降低資源消耗，通過最佳化的RCBP校驗節點處理、針對飽和的最佳化變數節點處理等最佳化方法提高協商效率，本算法的處理速率(CPU)可達可查文獻最高水平(CPU)的9.7倍。為降低認證密鑰消耗，本項目採用循環密鑰結合OTP的認證方案，理論分析了在實際情況下該認證方案的篡改攻擊機率下限和循環次數上限，可為實際QKD系統提供認證策略指導。本項目的研究對於構建安全高效的單光子QKD 系統、進一步推動量子保密通信技術的發展具有一定的理論意義和廣泛套用價值。
