Quantum Key Distribution (QKD) is a promising technique for ensuring long-term security in communication systems. Unlike conventional key exchange methods like RSA, which quantum computers could theoretically break [1], QKD offers enhanced security based on quantum mechanics [2]. Despite its maturity and commercial availability, QKD devices often have undisclosed implementations and are tamper-protected. This thesis addresses the practical imperfections of QKD systems, such as low and fluctuating Secret Key Rates (SKR) and unstable performance. By applying theoretical SKR derivations to measurement data from a QKD system in Poland, we gain insights into current system performance and develop machine learning (ML) models to predict system behavior. Our methodologies include creating a theoretical QKD model [2] and implementing ML models using tools like Keras (TensorFlow [3]). Key findings reveal that while theoretical models offer foundational insights, ML models provide superior accuracy in forecasting QKD system performance, adapting to environmental and operational parameters. This thesis highlights the limitations of theoretical models and underscores the practical relevance of ML models for QKD systems. Future research should focus on developing a comprehensive physical layer model capable of doing long-term forcasting of the SKR. Such a model could prevent an encryption system form running out of keys if the SKR drops significantly. In summary, this thesis establishes a foundational approach for using ML models to predict QKD system performance, paving the way for future advancements in SKR long-term predictions.


翻译:量子密钥分发(QKD)是一种有望确保通信系统长期安全性的技术。与RSA等传统密钥交换方法(理论上可被量子计算机破解[1])不同,QKD基于量子力学原理提供增强的安全性[2]。尽管QKD技术已趋成熟并实现商业化,其设备的具体实现细节通常不予公开且具备防篡改保护。本论文针对QKD系统的实际缺陷展开研究,例如秘密密钥率(SKR)偏低且波动、性能不稳定等问题。通过将理论SKR推导应用于波兰某QKD系统的实测数据,我们深入分析了当前系统性能,并开发了机器学习(ML)模型以预测系统行为。我们的研究方法包括建立理论QKD模型[2],以及使用Keras(TensorFlow[3])等工具实现ML模型。关键研究结果表明:虽然理论模型提供了基础性见解,但ML模型在预测QKD系统性能方面具有更高的准确性,并能适应环境与运行参数的变化。本论文揭示了理论模型的局限性,并强调了ML模型对于QKD系统的实际应用价值。未来研究应致力于开发能够进行SKR长期预测的综合性物理层模型。此类模型可在SKR显著下降时防止加密系统耗尽密钥。综上所述,本论文建立了利用ML模型预测QKD系统性能的基础性方法,为未来实现SKR长期预测的技术进步铺平了道路。

1
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员