高采样速率、高分辨率数/模转换器(DAC)是量子噪声随机加密(QNRC)系统性能提升的核心器件之一, 一直制约着QNRC系统技术发展。为了探究不同的DAC采样速率和分辨率对QNRC系统性能的影响, 采用VPItransmission Maker Optical System 9.1软件进行系统仿真设计.首先, 搭建了介观态功率为-21 dBm、传输距离为1000 km、传输速率为10 Gb/s和密文态数目为28-1的基于相移键控的QNRC系统; 然后, 改变DAC的采样速率、分辨率, 对QNRC系统的性能进行对比分析。分析结果表明: 当DAC的采样速率、分辨率分别为30 Gb/s、6 bit时, QNRC系统的性价比最佳。

针对光网络安全防护问题, 从物理层安全性评估、实验验证2个层面深入研究量子噪声随机加密(QNRC)物理层抗截获传输技术。首先, 介绍了国内外QNRC的发展现状, 凝练了一套物理层安全性评估通用方法。然后, 提出一种基于光域解密的强度移位键控-量子噪声随机加密(ISK-QNRC)实验方案, 针对该方案中高分辨率、高采样速率的数/模转换器制造工艺问题, 提出一种并联ISK-QNRC方案并进行了验证, 结果表明该方案信息传输安全、有效。最后, 分析了QNRC技术的典型应用场景及发展趋势。

块平均参考相位估计算法能够有效降低连续变量量子密钥分发的相位补偿噪声方差。为了使块平均参考相位估计算法的性能达到最优，根据相位漂移变化的数学模型，从理论上分析了该算法的均方误差特性，并得到最优的块长度取值。仿真结果表明：最优相位估计可使系统的相位补偿噪声方差降低72%，从而最大化提升安全密钥的成码距离。

为了更进一步保障电力通信网络信息安全，提高网络安全级别，分析了高电磁辐射对量子光的影响，实测了高电磁辐射环境下相位型、偏振型2种量子密钥分发(QKD)设备的安全密钥成码情况。实测结果表明：相位型QKD设备更加适合高电磁辐射环境下的电力通信网络。

量子通信中信道噪声将会影响信息传输的可靠性和有效性。设计了2个能够分别抵抗集体退相位噪声和集体旋转噪声的可控量子对话(CQD)协议。分析表明: 该协议不仅可以避免集体噪声的影响, 具有更强的实用性, 还可以避免信息泄露, 且能有效减少控制方的在线时间, 同时能够抵抗外部和内部攻击。

为了提升量子保密网络对数据流量的适应匹配能力以及提升网络服务质量(QoS)和用户体验, 提出基于马尔科夫决策过程(MDP)安全策略的软件定义量子保密网络(SDQSN)。SDQSN可根据网络流量变化自适应地选择不同的量子密钥管理策略, 通过对量子链路的实时监测, 基于MDP计算网络收益, 决策系统的安全策略, 让系统在量子加密和经典加密的安全策略间进行灵活切换, 在维护网络安全的同时保证网络的QoS收益。仿真结果表明: SDQSN比传统量子保密网络更具灵活性和动态可调性, 能够有效保证网络的全局收益, 提升用户体验。

针对通信窃听问题，以“内生安全光通信理论与技术研究”项目为研究背景，从信息层面、载波层面和调制后的信号层面，介绍了光纤物理层安全传输的现有技术发展。提出了一种基于量子噪声流加密的光纤物理层安全传输技术，将离散傅里叶变换扩展的正交频分复用(DFTs-OFDM)引入基于正交幅度调制(QAM)的量子噪声流加密传输系统，在保证高频谱利用率的同时，有效抵御非合作方的窃听。研究结果表明: 该传输技术实现了10 Gb/s的传输速率、无中继传输距离达300 km的光纤传输，且Q因子超过9，信息截获概率低于0.001%。

以“内生安全光通信理论与技术研究”国家自然基金重点项目为研究背景，详细介绍了物理层密钥分发的3种现有技术方案。为了实现高速率与现有通信系统兼容的物理层密钥分发，提出了一种基于光纤信道特征的物理层密钥分发技术；基于光纤信道传输误比特率特性和密钥分发技术，发送端和接收端使用双端环回测量误比特率方式提取和量化生成密钥。研究结果表明:该技术实现了光纤传输速率为10 Gb/s的200 km距离传输，物理层安全协商密钥生成速率达到400 kb/s时，安全协商密钥误比特率不超过2%。