【摘 要】
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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
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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用一次便抛弃,认证密钥消耗量很大。针对此问题,根据循环密钥理论,设计了基于循环密钥的认证协议。另外,还研究了协议设计中的协议调度策略、协议封包策略和协议可靠性等关键技术。本文在Matlab上对两个认证协议进行了仿真和对比,验证了循环密钥认证方案的可行性和优点。
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