论文题目：基于SoC的QKD软件管理系统的研究与设计
摘要：随着量子计算方式的兴起,基于复杂度计算的现代密码学正面临着严峻的威胁,这些看似复杂的加密方式,在量子计算强大的并行计算能力面前显得渺小和不堪一击。虽然“一次一密”的加密算法被证明有绝对的安全性,但是又面临密钥的产生和分发问题,导致无法大规模应用。然而量子密钥分发方式的产生,即量子密钥分发的出现使得“一次一密”的加密算法有了用武之地。以量子密钥分发为基础的量子保密通信方式逐步地成为保障网络信息安全强有力的技术手段,在一些对信息的安全性要求比较高的政府机关、国防领域、金融机构、科技能源、科研前沿等领域都在普遍的使用。目前已经得到证明是基于BB84协议的QKD系统（Quantum Key Distribution）有着无条件安全性,此系统的安全性比较理想。现阶段大都采用FPGA（FieldProgrammable Gate Array）进行QKD后处理系统的实现,如果在芯片内嵌入CPU,利用软硬结合的方式将多种QKD数据处理、数据通信、密钥提炼和光源、探测控制等复杂功能实现于一体,对于设计这种片上系统的芯片（System on Chip,SoC）将会对现有和未来的量子通信的发展有着重要意义,可加快量子通信技术的应用和产业化进程。把实现量子密钥分发产生密钥的过程实现于一块芯片上,对未来各种需要加密的设备和文件,对于信息保密性、安全性都能起到方便灵活的作用。本文主要研究内容就是对这一片上系统（SoC）中的软件管理部分的研究和设计,软件的优势是有更好的对流程进行控制,在量子密钥分发的片上系统中,控制后处理的五个子模块,分别为基矢比对、误码估计、信息协商、数据校验和私密放大的处理流程等,再通过加密算法,最后顺利产生密钥。通过自行搭建的硬件实验平台测试软件系统的可行性。
关键词：量子密钥分发;BB84协议;SoC;CPU
学科专业：电子与通信工程（专业学位）
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 研究的背景及意义
1.3 国内外研究现状
1.4 论文的研究工作与组织结构
第二章 BB84 协议与SoC的简介
2.1 引言
2.2 量子比特特性
2.3 基于BB84 协议的QKD系统
2.3.1 BB84 协议原理
2.3.2 基于BB84 协议的数据后处理过程
2.4 SoC技术简介
2.5 本章小结
第三章 SoC架构和管理系统功能的设计
3.1 总体设计
3.2 功能架构设计
3.3 SoC总体流程设计
3.3.1 SoC系统启动流程
3.3.2 SoC系统运行流程
3.3.3 SoC接口设计
3.4 软件模块功能设计
3.4.1 接口管理程序
3.4.2 接口管理各模块功能
3.5 QKD管理程序模块功能设计
3.5.1 配置管理模块功能
3.5.2 通信管理模块功能
3.5.3 状态管理模块功能
3.5.4 设备校准模块功能
3.5.5 流程控制模块功能
3.6 数字功能模块设计
3.7 本章小结
第四章 QKD软件管理系统的设计
4.1 QKD软件管理系统的程序设计
4.2 软件模块架构
4.2.1 进程通信程序设计
4.2.2 事件管理程序设计
4.2.3 加解密程序设计
4.2.4 系统配置管理程序设计
4.2.5 帧解析管理程序设计
4.2.6 通信管理程序设计
4.2.7 设备校准模块
4.2.8 状态管理模块
4.3 软件管理系统流程设计
4.3.1 软件管理系统初始化流程
4.3.2 软件管理系统启动流程
4.3.3 软件管理系统运行流程
4.4 本章小结
第五章 QKD软件系统的测试和分析
5.1 测试平台总体结构
5.2 测试环境
5.3 系统测试结果分析
5.4 本章小结
结论
全文总结
工作展望
参考文献
致谢