针对传统Cascade算法协商效率低、吞吐量不高的问题，提出了一种面向共驱混沌同步密钥分发的Cascade-Biconf信息协商算法。该算法基于奇偶校验和二分法纠错算法的原理，将所得密钥进行置乱、分块并传输校验值用以二分法纠错。与传统Cascade算法不同，Cascade-Biconf信息协商算法通过优化分块的大小降低了协商过程中的交互次数和计算量。仿真结果表明：在通信双方初始密钥误码率为0.1的情况下，Cascade-Biconf信息协商算法可将传统Cascade算法的协商效率由0.76提升到0.84，总吞吐量提升27.9%。

针对光混沌保密通信中信息同步条件苛刻的问题，提出一种基于光混沌的双向通信系统。首先，通过半导体激光器（SL）发出的2束激光与部分半透明光学反射镜进行耦合，产生混沌动力，并根据SL的延迟速率方程，设置2个SL的内部参数产生同步的混沌载波；然后，通过监测两端信息的同步误差，并与接收端信息比较，得到解密信息。仿真分析了系统的同步性、信息解密过程、鲁棒性。仿真结果表明，该系统能实现同步通信，恢复出保密信息，鲁棒性较好。

对主从开环结构下，混沌激光偏振度对混沌同步质量的影响进行实验研究。在背靠背和200 km传输条件下，分析混沌激光偏振度以及同步质量的演变规律，发现随着距离和时间的增加，混沌激光偏振度逐渐减小，导致激光器的有效注入强度降低，进而削弱了注入锁定效应，恶化了主从混沌同步质量。增大注入强度可以提高同步质量对偏振度变化的容忍度，有助于实现稳定的长距离混沌激光同步。

在以偏振编码为基础的量子保密通信中，由于外界温度、应力以及光纤的本身缺陷等因素，使得偏振态无法保持长期稳定，增加系统的误码率，因此需进行偏振控制以维持通信系统正常运行。诱骗态已经成为现阶段量子通信网络的常规操作，利用诱骗光子作为偏振参考，有望实现系统偏振态长时间、不间断地锁定控制，提高通信效率。提出了利用现场可编程逻辑门阵列进行偏振态制备以及强光、单光子偏振控制于一体的系统偏振解决方案，将偏振态制备、强光偏振控制、单光子偏振控制单元集成在一个系统中，提高了系统的集成化，增加了系统管理的便捷性，实验测试偏振态制备单元可以根据需要产生不同的偏振态，经过强光偏振控制后，保真度可达99.11%±0.44%，经单光子偏振控制后保真度可达97.93%±0.96%，演示证明了方案的有效性和稳定性。

光纤保密通信是解决电域加解密“速率瓶颈”和光网络潜在安全威胁的一种有效途径，而实现光纤保密通信的前提是完成密码同步。为保证光纤保密通信系统成功解密，本课题组设计了一种新的全光同步方案，推导出了光纤信道传播时延差的计算公式，详细阐述了全光同步实现过程。采用OptiSystem软件分别在10 Gbit/s和40 Gbit/s加解密速率下进行了全光同步仿真实验，测试分析了密码同步状态对解密输出性能的影响，解密输出数据均与原始明文数据完全相同，而且都保持了较好的输出性能。研究结果表明，所提全光同步方案切实可行，既适用于10 Gbit/s信道速率，也适用于40 Gbit/s信道速率，既适用于常规光纤链路，也适用于经过色散补偿的光纤链路，可以有效解决光纤保密通信中的全光密码同步问题，对光纤保密通信系统的研制开发具有一定的参考价值。

提出一种基于对称相移键控混沌同步的高速密钥安全分发方案：混沌驱动信号对称地经过两个非平衡马赫-曾德尔干涉仪驱动无外腔反馈的响应激光器，并通过随机键控马赫-曾德尔干涉仪中的相位调制器实现相移键控混沌同步。通信双方对相移键控混沌同步时序进行双阈值量化产生随机密钥，然后交换、对比键控参数并筛选出参数相同(即键控相位相同)时的随机密钥作为一致密钥，实现密钥分发。本方案中，混沌驱动信号经过非平衡马赫-曾德尔干涉仪产生了基于延时自干涉的非线性变换，降低了驱动信号与响应信号之间的相关性(～0.25)，提高了密钥分发的安全性。此外，利用共驱无外腔反馈响应激光器构成开环同步结构，缩短混沌同步恢复时间至～1.8 ns，提高了密钥分发速率。数值仿真结果表明，在误码率为3.8×10^-3的条件下，可实现1.28 Gbit/s的高速密钥安全分发。

随着国网信息化建设，国家级、集团式网络安全威胁层出不穷，形成适合电网的量子级安全可靠通信技术解决方案尤为重要。文章从多终端量子密钥应用角度出发，提出了一种基于量子保密通信技术的手持抄表解决方案，实现技术升级换代。首先，从技术理论和应用领域，介绍分析了量子保密通信技术的现状及其与经典设施相结合的可行性；然后，以量子密钥管理系统为核心，设计实现了量子密钥安全存储和业务安全流程应用模型；最后，在搭建量子密钥分发整体环境的基础上，实现多终端量子密钥应用验证架构设计，验证了量子密钥业务应用流程，有效提升了系统的整体安全性。

通过数值计算和实验研究了外部光注入和光反馈双重调制的半导体激光器混沌有效带宽和延时特征。实验结果表明，该方案可以获得较大的混沌信号带宽，与单一光反馈调制的半导体激光器相比，双重调制的半导体激光器的延时特征明显减弱。这与数值计算的结果吻合得较好，说明该方案能更好地提升基于混沌激光保密通信的保密性能。同时实验研究发现，激光器在频率负失谐区域能够获得更大的有效带宽和更小的延时特征峰，在频率正失谐区域延时特征抑制会有明显的恶化。

针对人们对高速、长距、大容量通信和信息安全的迫切需求，结合当前科研进展，概述了基于高速混沌光的保密通信系统现状与关键技术，重点介绍了高速混沌光通信的研究进展，主要包括提升混沌光系统带宽和安全性、高阶信号调制编码技术以及基于深度学习的神经网络。最后对高速混沌光保密通信的发展进行了展望。

为了满足保密通信的需求, 提出了一种基于3个半导体环形激光器(SRL)进行双路混沌通信的方案, 数值仿真后给出了几种情况下的时间序列、自相关图与眼图, 并讨论了传输距离对通信质量的影响。研究表明: 驱动SRL(D-SRL)仅在自反馈的条件下混沌信号质量较差; 当引入互反馈后, 混沌质量明显提高; 随着传输距离的增加, 量化保密通信质量的品质因子逐渐降低, 但当距离增加到130 km时, 品质因子依然保持在6以上, 该方案可以进行长距离双通道安全保密通信。