以保密容量为评价指标,定量分析了正交相移键控(QPSK)量子噪声随机加密(QNRC)系统的物理层安全性。分别建立了密钥和数据窃听信道模型,推导了密钥保密容量及数据保密容量的表达式,并得到了系统的最大可达安全速率。评估了关键系统参数(进制数、内部光放大器增益、介观相干态功率)对QPSK-QNRC系统密钥及数据安全性的影响,并在同一框架下与相移键控(PSK)-QNRC系统进行了比较。结果表明,关键系统参数对两个系统安全性的影响规律一致,相比PSK-QNRC系统,QPSK-QNRC系统的密钥安全性和最大可达安全速率较高,数据安全性略低,且介观功率水平较强。同时发现,PSK-QNRC系统的最大可达安全速率主要受限于密钥的安全性,而QPSK-QNRC系统的最大可达安全速率主要受限于数据的安全性。

量子噪声随机加密(QNRC)是一种结合了量子力学原理和经典流密码思想的信息抗截获通信方法。为了对相位调制(PSK)QNRC系统的特性进行仿真验证,利用VPI仿真软件搭建了一套基于商用组件的仿真系统。基于任意波形发生器生成密文电信号及密钥电信号,并在接收端利用相位调制器及差分相移键控(DPSK)接收机从多进制密文信号中恢复二进制信号,最终实现了密文进制数为256,数据传输速率为2.5 Gbit/s,传输距离为500 km的无误码传输。与强度调制(ISK)方案相比,PSK方案避免了解调时收、发双方功率必须匹配的问题。进制数的增加不会劣化PSK方案的传输性能,有助于提高系统安全性,PSK方案具有潜在的安全性优势。

从信息论安全的角度出发,用保密容量定量分析了相干扩时光码分多址(OCDMA)系统的物理层安全性,得出了系统保密容量 随不同系统参数的变化关系。建立了OCDMA系统的窃听信道模型,并计算得到了系统的保密容量; 以Gold码为例评估了关键系统参数（用户数M、输入光功率P和码长N） 对相干扩时OCDMA系统物理层安全性的影响。结果表明相干扩时OCDMA系统具有很好的抵御光纤窃听攻击的物理层安全性；关键系统参数对提高此系统的物理层安全性 有重要影响。选择合适的系统参数值可提高相干扩时OCDMA系统的安全水平。

针对相位编码量子密钥分发(QKD)系统中存在的相位漂移和截获-重发攻击，分析了双马赫-曾德尔干涉仪QKD 系统，给出了探测器的输入信号模型, 计算了系统量子误码率及窃听信息量，并为提高密钥生成率提供了一种可能的方法。研究表明，相位漂移会使系统误码率增加，稳定性降低；相比理想的截获-重发攻击，窃听信息量有所下降，因此密性放大过程对窃听信息的估计值可以相对减小，最终密钥生成率得以提高。在不考虑传输光纤中的相位相对漂移时，误码率随相位漂移角度呈余弦变化，全部截获-重发攻击时的变化周期是无窃听时的一半，变化频率更加剧烈。55%部分窃听时，若合法通信者选择误码阈值为15%，窃听者可获得25.5%的信息量且不被发现。