Luận án Nghiên cứu cải thiện hiệu năng truyền dẫn quang qua không gian tự do trong hệ thống phân phối khóa lượng tử biến liên tục

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN HIỆU NĂNG TRUYỀN DẪN QUANG QUA KHÔNG GIAN TỰ DO TRONG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÓA LƯỢNG TỬ BIẾN LIÊN TỤC

Ngành:

Kỹ thuật Viễn thông

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án "Nghiên cứu cải thiện hiệu năng truyền dẫn quang qua không gian tự do trong hệ thống phân phối khóa lượng tử biến liên tục" của Phan Thị Thu Hằng tập trung giải quyết thách thức bảo mật Internet trong tương lai bằng cách sử dụng phân phối khóa lượng tử (QKD). QKD, đặc biệt là QKD biến liên tục (CV-QKD), được đánh giá cao nhờ khả năng tương thích với hệ thống quang hiện có và tốc độ khóa cao. Việc ứng dụng vệ tinh để phân phối khóa lượng tử qua kênh quang không gian tự do (FSO) hứa hẹn xây dựng mạng QKD toàn cầu.

Tuy nhiên, hệ thống truyền dẫn quang qua không gian tự do phải đối mặt với nhiều thách thức như khoảng cách truyền dẫn dài, tốc độ khóa, tỷ lệ lỗi bit lượng tử (QBER) thấp, nhiễu từ môi trường khí quyển (hấp thụ, tán xạ, nhiễu loạn), nhiễu tại bên thu và sự hiện diện của kẻ nghe lén. Mục tiêu chính của luận án là đề xuất và đánh giá tính khả thi của các giải pháp nhằm cải thiện hiệu năng truyền dẫn quang trong hệ thống phân phối khóa lượng tử biến liên tục dưới ảnh hưởng của các yếu tố này.

Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong các hệ thống CV-QKD qua không gian tự do, với vệ tinh đóng vai trò nút tin cậy. Luận án tập trung vào việc cải thiện hiệu năng truyền dẫn khóa thô (bước 1 và 2 của giao thức QKD), nhằm đạt được tỷ lệ lỗi bit lượng tử và xác suất chọn lọc đáp ứng yêu cầu thiết kế. Các tham số hiệu năng được đánh giá bao gồm QBER, xác suất chọn lọc (Psift), tốc độ khóa bí mật (SKR), tỷ lệ mất khóa (KLR) và tỷ lệ trễ vượt ngưỡng.

Các đóng góp khoa học chính của luận án bao gồm: (1) Đề xuất phương thức truyền dẫn quang qua không gian tự do trong hệ thống CV-QKD dựa trên điều chế pha QPSK ở phía phát và cơ chế tách sóng kiểu heterodyne kết hợp tách ngưỡng kép ở phía thu. (2) Nghiên cứu và đề xuất giải pháp cải thiện hiệu năng hệ thống truyền dẫn quang qua không gian tự do sử dụng kỹ thuật truyền lại khóa ARQ kết hợp với chuyển tiếp dựa trên hạ tầng trên cao (HAP). (3) Nghiên cứu và đề xuất giải pháp cải thiện tốc độ khóa trong hệ thống truyền dẫn quang qua không gian tự do đa kênh sử dụng kỹ thuật ghép kênh sóng mang phụ (SCM) và ghép kênh phân chia theo bước sóng quang (WDM), đồng thời hỗ trợ đa người dùng với kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã quang (CDMA).

Luận án đã đạt được mục tiêu đề ra, cung cấp các giải pháp khả thi để nâng cao hiệu năng và an ninh cho hệ thống QKD-FSO trong tương lai.

Mục lục chi tiết:

• CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN DẪN KHÓA LƯỢNG TỬ QUA KHÔNG GIAN TỰ DO

  • 1.2. Hệ thống phân phối khóa lượng tử QKD
    • 1.2.1. Sự cần thiết của hệ thống phân phối khóa lượng tử QKD
    • 1.2.3. Phân loại hệ thống QKD
      • 1.2.3.2 QKD biến liên tục CV-QKD
    • 1.2.4. Giao thức BB84
  • 1.5. Hệ thống phân phối khóa lượng tử biến liên tục sử dụng vệ tinh
  • 1.6. Các tham số đánh giá hiệu năng của hệ thống QKD-FSO
    • Tỷ lệ lỗi bit lượng tử (Quantum Bit Error Ratio – QBER)
    • Tốc độ khóa bí mật
    • Khoảng cách đường truyền giữa máy phát và máy thu
  • 1.7. Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu năng truyền dẫn quang qua không gian tự do trong hệ thống phân phối khóa lượng tử biến liên tục.
  • 1.8. Các công trình nghiên cứu liên quan đến đề tài luận án.
    • 1.8.1. Các công trình nghiên cứu trong nước
    • 1.8.2. Các công trình nghiên cứu trên thế giới
  • 1.9. Nhận xét về công trình nghiên cứu của các tác giả khác và hướng nghiên cứu của luận án
    • 1.9.1 Nhận xét về công trình nghiên cứu của các tác giả khác
    • 1.9.2. Hướng nghiên cứu của luận án

• CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG QKD-FSO BIẾN LIÊN TỤC DỰA TRÊN ĐIỀU CHẾ PHA

  • 2.1. Mô hình kênh truyền FSO
  • 2.2. Hệ thống QKD-FSO biến liên tục dựa trên điều chế pha
    • 2.2.1. Mã hóa bit lượng tử sử dụng điều chế pha cầu phương QPSK
    • 2.2.2. Mô hình hệ thống đề xuất
    • 2.2.3. Phân tích hiệu năng hệ thống
    • 2.2.4. Kết quả khảo sát hiệu năng hệ thống
  • Kết luận Chương 2

• CHƯƠNG 3. CẢI THIỆN HIỆU NĂNG HỆ THỐNG QKD-FSO SỬ DỤNG KỸ THUẬT TRUYỀN LẠI KHÓA VÀ CHUYỂN TIẾP

  • 3.2. Hệ thống phân phối khóa lượng tử biến liên tục dựa trên vệ tinh sử dụng kỹ thuật truyền lại khóa kiểu ARQ
    • 3.2.1. Mô hình hệ thống đề xuất
    • 3.2.4. Phân tích hiệu năng hệ thống
    • 3.2.5. Kết quả khảo sát hiệu năng hệ thống
    • 3.2.6. Khả năng an ninh của hệ thống đề xuất
  • 3.3. Hệ thống QKD-FSO sử dụng kỹ thuật truyền lại khóa và chuyển tiếp
    • 3.3.1. Mô hình hệ thống đề xuất
    • 3.3.3. Phân tích hiệu năng hệ thống
    • 3.3.4. Kết quả khảo sát hiệu năng hệ thống
  • A. Tỷ lệ mất khóa
  • B. Tỷ lệ trễ vượt ngưỡng
  • Kết luận Chương 3

• CHƯƠNG 4. HỆ THỐNG QKD-FSO ĐA KÊNH ĐA NGƯỜI SỬ DỤNG

  • 4.2. Hệ thống QKD-FSO sử dụng kỹ thuật ghép kênh sóng mang phụ SCM và ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM
    • 4.2.1. Mô hình hệ thống đề xuất
    • 4.2.3. Phân tích hiệu năng hệ thống
    • 4.2.4. Kết quả khảo sát hiệu năng hệ thống
  • 4.3. Hệ thống CV-QKD đa người sử dụng với kỹ thuật CDMA quang
    • 4.3.1. Mô hình hệ thống đề xuất
    • 4.3.4. Phân tích hiệu năng hệ thống
    • 4.3.5. Kết quả khảo sát hiệu năng hệ thống
  • Kết luận Chương 4

• KẾT LUẬN