基于GPU的QKD后處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著量子計(jì)算的興起，基于計(jì)算復(fù)雜度的現(xiàn)代密碼學(xué)正面臨嚴(yán)重威脅，這些加密方式在量子計(jì)算強(qiáng)大的并行計(jì)算能力面前不堪一擊。唯一被證明絕對(duì)安全的一次加密算法又面臨密鑰的產(chǎn)生和分發(fā)問(wèn)題，無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用，然而量子密鑰分配，即QKD(Quantum Key Distribution)的出現(xiàn)使得一次加密算法有了用武之地。目前階段大都采用FPGA(Field－Programmable Gate Array)進(jìn)行QKD后處理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，但是FPGA實(shí)現(xiàn)QK

2、D后處理系統(tǒng)存在資源有限、時(shí)鐘頻率有限以及數(shù)據(jù)源速率的限制，各個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊內(nèi)部算法會(huì)受到硬件的制約以及信道的擾動(dòng)，處理速率無(wú)法滿足實(shí)際需求。
　　本文主要研究?jī)?nèi)容是使用GPU(Graphics Processing Unit)對(duì)量子密鑰分配(QKD)后處理系統(tǒng)的算法過(guò)程進(jìn)行加速。QKD后處理系統(tǒng)包括五個(gè)模塊，分別是篩選模塊、誤碼估計(jì)模塊、誤碼協(xié)商模塊、保密增強(qiáng)模塊以及信道認(rèn)證模塊。其中本文進(jìn)行改進(jìn)和加速的模塊為誤碼協(xié)商模塊和保密

3、增強(qiáng)模塊。
　　誤碼協(xié)商模塊負(fù)責(zé)糾正篩選碼中的誤碼，輸出一致的無(wú)誤碼，該過(guò)程可能復(fù)雜度較高，該過(guò)程的效率直接影響到整個(gè)QKD后處理系統(tǒng)的效率，因此，對(duì)該過(guò)程進(jìn)行加速是非常有必要的。該加速過(guò)程分為三個(gè)階段，首先本文中利用CPU對(duì)LDPC(Low Density Parity Check Code)誤碼協(xié)商過(guò)程進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，采用了BP(Belief Propagation)算法，其次，對(duì)該算法進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)之后其效率有明顯的提高，最后，

4、本文利用GPU對(duì)該過(guò)程進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，效率比在CPU上算法改進(jìn)后的效率有更大的提升。
　　在量子密鑰分發(fā)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)誤碼協(xié)商之后，由于竊聽者Eve也能從量子信道以及經(jīng)典信道中得到信息，所以會(huì)不安全。保密增強(qiáng)能夠?qū)鬏斨械男畔⑿孤断?，能夠提高最終生成的密鑰的安全性。本文中對(duì)該部分優(yōu)化時(shí)主要用到了Toeplitz矩陣和快速傅里葉變換(FFT)，首先在CPU的基礎(chǔ)上對(duì)該過(guò)程進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，然后利用FFT對(duì)該過(guò)程用到的算法進(jìn)行改進(jìn)，最后利用GPU對(duì)