Đang tải... (xem toàn văn)
Mục tiêu chính mà luận văn hướng tới là phân tích hiệu năng qua các tham số hiệu năng của mô hình QKD/FSO dựa trên vệ tinh khi sử dụng kỹ thuật chuyển tiếp tại hạ tầng trên cao (HAP). Mời các bạn tham khảo chi tiết nội dung luận văn này.
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG -*** - NGUYỄN THỊ THUỲ TRANG PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHĨA LƯỢNG TỬ DỰA TRÊN VỆ TINH SỬ DỤNG KỸ THUẬT CHUYỂN TIẾP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ( Theo định hướng ứng dụng) Hà Nội - 2021 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG -*** - NGUYỄN THỊ THUỲ TRANG PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÓA LƯỢNG TỬ DỰA TRÊN VỆ TINH SỬ DỤNG KỸ THUẬT CHUYỂN TIẾP Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 8.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ( Theo định hướng ứng dụng) NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS.ĐẶNG THẾ NGỌC Hà Nội - 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Người viết luận văn Nguyễn Thị Thuỳ Trang LỜI CẢM ƠN Luận văn khép lại trình học tập, nghiên cứu học viên Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Học viên xin bày tỏ biết ơn sâu sắc tới Thầy hướng dẫn, PGS.TS.Đặng Thế Ngọc định hướng nghiên cứu tận tình giúp đỡ, trực tiếp bảo suốt trình thực luận văn Đồng thời học viên xin bày tỏ lòng biết ơn Lãnh đạo Học viện, thầy cô Khoa Đào tạo sau đại học, Khoa Viễn thông Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng Trân trọng! Hà Nội, tháng 11 năm 2020 Học viên Nguyễn Thị Thùy Trang MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH ẢNH v DANH MỤC BẢNG BIỂU vi THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vii LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHÂN PHỐI KHOÁ LƯỢNG TỬ 1.1 Vai trò phân phối khoá lượng tử 1.2 Nguyên lý hoạt động giao thức phân phối khoá lượng tử 1.2.1 Các khái niệm vật lý học lượng tử 1.2.2 Nguyên lý hoạt động giao thức phân phối khoá lượng tử 1.2.3 Các giao thức phân phối khóa lượng tử 1.3 Ứng dụng phân phối khoá lượng tử 18 1.4 Thách thức phân phối khoá lượng tử 18 1.4.1 Thiết bị 19 1.4.2 Các giao thức QKD 21 1.4.3 Kỹ thuật cấu trúc QKD 22 1.5 Kết luận chương 23 CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH KÊNH QUANG KHƠNG GIAN TỰ DO 24 2.1 Mở đầu 24 2.1.1 Lịch sử phát triển công nghệ truyền thông quang không dây 25 2.1.2 So sánh hệ thống FSO với hệ thống RF 26 2.1.3 Mơ hình truyền thơng quang khơng dây 28 2.2 Mô hình kênh quang từ vệ tinh tới mặt đất 29 2.2.1 Giới thiệu 29 2.2.2 Hệ thống truyền thông FSO kết nối vệ tinh LEO với trạm mặt đất 30 2.2.3 Mơ hình kênh quang kết nối từ vệ tinh LEO tới HAP 32 2.2.4 Mơ hình kênh quang kết nối từ HAP tới trạm mặt đất 32 2.3 Suy hao đường truyền 33 2.4 Nhiễu loạn khí 36 2.4.1 Mô hình nhiễu loạn Log-chuẩn 37 2.4.2 Mơ hình nhiễu loạn Gamma-gamma 40 2.5 Kết luận chương 43 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG HỆ THỐNG QKD DỰA TRÊN VỆ TINH SỬ DỤNG KỸ THUẬT CHUYỂN TIẾP 45 3.1 Mơ hình hệ thống QKD vệ tinh – mặt đất 45 3.1.1 Giao thức QKD dựa SIM/BPSK DT/DD 46 3.1.2 Mơ hình hệ thống 48 3.2 Kỹ thuật chuyển tiếp cho hệ thống QKD 51 3.2.1 Mơ hình kênh liên kết từ vệ tinh tới HAP 51 3.2.2 Mơ hình kênh liên kết HAP tới trạm mặt đất 52 3.3 Phân tích hiệu hệ thống 54 3.4 Kết phân tích hiệu bàn luận 58 3.5 Kết luận chương 61 KẾT LUẬN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Mơ hình phân phối khố .3 Hình 2.1: Hệ thống truyền thơng quang khơng dây 25 Hình 2.2: So sánh độ phân kỳ chùm sóng tín hiệu RF tín hiệu quang với tín hiệu gửi từ Sao Hỏa Trái Đất 27 Hình 2.3: Mơ hình hệ thống truyền thông FSO [17] 29 Hình 2.4: Hệ thống truyền thơng FSO chuyển tiếp quang dựa HAP kết nối vệ tinh LEO trạm mặt đất .30 Hình 2.5: Sơ đồ khối hệ thống truyền thông FSO chuyển tiếp quang dựa HAP kết nối vệ tinh LEO với trạm mặt đất .31 Hình 2.6: Hàm mật độ log-chuẩn với E[I] =1 cho dãy giá trị 𝝈𝒍𝟐 .40 Hình 2.7: Hàm mật độ xác suất Gamma-Gamma cho ba chế độ nhiễu loạn khác nhau: yếu, trung bình mạnh [16] .42 Hình 2.8: S.I theo phương sai log-cường độ với Cn2 = 10-15 m-2/3 𝝀 = 850 nm 43 Hình 2.9: Giá trị 𝜶 𝜷 với chế độ nhiễu loạn khác nhau: yếu, trung bình, mạnh bão hòa 43 Hình 3.1: Mơ hình hệ thống QKD/FSO dựa vệ tinh sử dụng kỹ thuật chuyển tiếp HAP .46 Hình 3.2: Sơ đồ khối hệ thống FSO/QKD hỗ trợ chuyển tiếp HAP sử dụng SIM/BPSK thu DT / DD 47 Hình 3.3: Tốc độ khóa bí mật Ergodic (S) so với hệ số tỷ lệ DT (&) khoảng cách Eve từ HAP (r) kịch .60 Hình 3.4: Tốc độ khóa bí mật Ergodic (S) so với hệ số tỷ lệ DT (&) khoảng cách Eve từ Bob (UAV phương tiện) (r) kịch .61 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các sở thẳng chéo 10 Bảng 1.2: Alice Bob trao đổi sở dùng để phân cực đo lường photon với qua kênh truyền thống xác thực 11 Bảng 1.3: Các trường hợp kết truyền đo lường giao thức B92 16 Bảng 2.1: Bán kính loại tán xạ hạt điển hình 𝝀 = 850 nm [19] 34 Bảng 2.2: Giá trị dải tầm điều kiện thời tiết khác 35 Bảng 3.1: Các tham số hệ thống 58 vii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Thuật ngữ Thuật ngữ Tiếng Anh Thuật ngữ Tiếng Việt AES Advanced Encryption Standard Tiêu chuẩn mã hoá nâng cao APD Avalanche Photodiode Điốt thu quang thác ASE Amplified Spontaneous Bộ phát xạ khuếch đại Emission AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng cộng BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế pha nhị phân CV Continuous Variable Biến liên tục DD Direct Detection Tách sóng trực tiếp DoF Degrees of Freedom Mức độ tự DPS Differential-Phase-Shift Khóa dịch pha nhị phân DT Double Threshold Hai ngưỡng DV Discrete Variable Biến rời rạc FPGA Field Programmable Gate Arrays Vi mạch dùng cấu trúc mảng phần tử logic lập trình FSL Free-space Loss Suy hao khơng gian tự FSO Free Space Optical Truyền quang không gian tự GG Gamma-Gamma Phân phối Gamma-Gamma HAP High Altitude Platform Hạ tầng cao IM Intensity Modulation Điều chế cường độ LED Light Emitting Diode Điot phát sáng LEO Low Earth Orbit Quỹ đạo trái đất tầm thấp LOS Light Of Sight Đường truyền thẳng MG Mixture-Gamma Phân phối hỗn hợp Gamma NEP Noise Equivalent Power Công suất tạp âm tương đương OOK On-Off Keying Điều chế khóa đóng-mở PAT Pointing Acquisition Tracking Bộ định hướng, bắt bám QBER Quantum Bit Error rate Tỷ lệ lỗi bit lượng tử viii Quantum Communication and Thông tin lượng tử công nghệ Information Technologies truyền thông QKD Quantum Key Distrubution Phân phối khố lượng tử QND Quantum Not Destruction Khơng phá huỷ lượng tử QST Quantum Status Transmission Trạng thái lượng tử RF Radio Frequency Tần số vô tuyến RSA Rivest–Shamir–Adleman Mã hoá RSA SIM Subcarrier Intensity Modulation Điều chế cường độ sóng mang QICT phụ SW Switch Chuyển mạch TRNG True Random number generator Bộ tạo số ngẫu nhiên thực UAV Unmanned aerial vehicle Phương tiện không người lái URA Unauthorized receiver attack Tấn công máy thu trái phép ... nghiên cứu ? ?Phân tích hiệu hệ thống phân phối khóa lượng tử dựa vệ tinh sử dụng kỹ thuật chuyển tiếp? ?? làm đề tài cho luận văn tốt nghiệp thạc sỹ Mục tiêu mà luận văn hướng tới phân tích hiệu qua... VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG -*** - NGUYỄN THỊ THUỲ TRANG PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHĨA LƯỢNG TỬ DỰA TRÊN VỆ TINH SỬ DỤNG KỸ THUẬT CHUYỂN TIẾP Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn... giải khái niệm phân phối khóa lượng tử (QKD) 1.2 Nguyên lý hoạt động giao thức phân phối khố lượng tử Phân phối khóa lượng tử sử dụng tính chất học lượng tử, dùng để phân phối khóa hệ mật mã đối