TRANG THÔNG TIN LUẬN ÁN TIẾN SĨ
Tên đề tài luận án tiến sĩ: Nghiên cứu cải thiện hiệu năng truyền dẫn quang qua không gian tự do trong hệ thống phân phối khóa lượng tử biến liên tục
Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông
Mã số: 9.52.02.08
Họ và tên NCS: Phan Thị Thu Hằng
Khóa đào tạo: 2018-2021
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS Đặng Thế Ngọc
2. PGS. TS Lê Hải Châu
Cơ sở đào tạo: Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
NHỮNG KẾT QUẢ MỚI CỦA LUẬN ÁN
Luận án đề cập tổng quát về phân phối khóa lượng tử nói chung và phân phối khóa lượng tử biển liên tục nói riêng; truyền thông quang không dây dựa trên vệ tỉnh; phân phối khóa lượng tử biển liên tục sử dụng truyền dẫn quang qua không gian tự do. Từ những nội dung này, luận án khẳng định sự cần thiết của việc cải thiện hiệu năng truyền dẫn quang qua không gian tự do trong hệ thống phân phối khóa lượng từ biến liên tục. Kết quả đưa ra trong luận án là các giải pháp nâng cao hiệu năng truyền dẫn quang qua không gian tự do trong hệ thống phân phối khóa lượng từ biển liên tục đơn kênh và đa kênh đảm bảo các tiêu chí như: tỷ lệ lỗi bịt lượng tử QBER nhỏ đảm bảo cho quá trình sửa lỗi bên phía thu; tốc độ khóa bí mật đù lớn khi xem xét tới các yếu tố ảnh hưởng tới điều kiện truyền dẫn như: nhiễu loạn khi quyển, các thành phần gây suy hao tín hiệu và nhiều tại máy thu; đảm bảo được an ninh của hệ thống trong một số điều kiện cụ thể khi có kẻ nghe lén xuất hiện. Đóng góp mới của quá trình nghiên cứu thể hiện trong luận án như sau:
(1) Đề xuất phương thức truyền dẫn quang qua không gian tự do trong hệ thống truyền khóa lượng tử kiểu biến liên tục CV- QKD dựa trên điều chế pha Luận án đã đề xuất phương thức truyền dẫn khóa lượng từ với điều chế pha kiểu QPSK ở phía phát kết hợp sử dụng máy thu tách sóng kiểu heterodyne và cơ chế tách ngưỡng kép. So với các nghiên cứu đã có, phương thức truyền dẫn khóa lượng từ đề xuất sử dụng điều chế quang kiểu QPSK, không yêu cầu sử dụng bộ điều chế sóng mang phụ tần số vô tuyến RF đã dẫn tới hệ thống đơn giản hơn, tương thích với truyền thông quang truyền thống.
(2) Đề xuất giải pháp cải thiện hiệu năng truyền dẫn quang qua không gian tự do trong hệ thống phân phối khóa lượng tử biến liên tục sử dụng kỹ thuật truyền lại khóa và chuyển tiếp.
Đóng góp này cũng có thể được tách thành hai nội dung như sau:
Thứ nhất là đề xuất hệ thống sử dụng kỹ thuật chuyển tiếp dựa trên hạ tầng trên cao HAP và kỹ thuật phát lại khóa theo kiểu yêu cầu phát lại tự động tại trạm chuyển tiếp. Các kỹ thuật chuyển tiếp dựa trên hạ tầng trên cao hay ARQ không mới và được sử dụng trong truyền thông truyền thống nhưng chưa được đề xuất trong hệ thống phân phối khóa lượng từ QKD-FSO.
Thứ hai là xây dựng mô hình giải tích để tính toán các tham số hiệu năng như tỷ lệ mất khóa KLR, tỷ lệ trễ vượt ngưỡng. Các mô hình toán học đã có từ trước không thể áp dụng trong việc tính toán các tham số hiệu năng của hệ thống đề xuất do các mô hình này chỉ sử dụng bit “0” và bit “1”. Mô hình toán học mà luận án xây dựng được sử dụng trong trường hợp hệ thống truyền khóa lượng từ với kênh truyền dẫn có đầu vào rời rạc (4 trạng thái), và đầu ra của kênh truyền dẫn có xóa do có khả năng xuất hiện của một trong ba bit là “1”, “0” hoặc “X” sau tách sóng ở bên thu.
(3) Đề xuất các giải pháp truyền dẫn đa kênh đa người sử dụng cho hệ thống phân phối khóa lượng tử biến liên tục qua không gian tự do
Luận án đã đề xuất 02 giải pháp truyền dẫn cho hệ thống QKD-FSO đa kênh.
Thứ nhất, hệ thống QKD-FSO sử dụng kỹ thuật phân phối khóa lượng từ đa kênh từ vệ tinh sử dụng (1) kỹ thuật ghép kênh sóng mang phụ SCM và (2) kỹ thuật phân chia theo bước sóng WDM. Kỹ thuật SCM và WDM đã phát triển và triển khai ở các hệ thống truyền thông nhưng việc kết hợp cả hai kỹ thuật này dùng cho hệ thống QKD-FSO chưa được nghiên cứu.
Thứ hai, hệ thống QKD-FSO sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã quang (Code Division Multiple Access CDMA) với khả năng hỗ trợ đa người dùng kết hợp với việc cải thiện hiệu năng an ninh của hệ thống QKD-FSO.
CÁC ỨNG DỤNG, KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN HOẶC NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN BỎ NGÔ CẦN TIẾP TỤC NGHIÊN CỨU
Những nghiên cứu của luận án có thể xem xét để ứng dụng trong các hệ thống QKD có quy mô toàn cầu nhằm đảm bảo tỉnh bảo mật của truyền thông trong điều kiện hiện nay. Liên quan đến những đề xuất mới của luận án, có thể liệt kê những vấn để cần nghiên cứu trong các công trình tiếp theo như sau:
(1) Những giải pháp cải thiện hiệu năng mà luận án đề xuất có thể ứng dụng trong hệ thống QKD-FSO đơn kênh và đa kênh dựa trên vệ tỉnh. Tuy nhiên trong luận án, các nghiên cứu chưa đánh giá chi tiết và định lượng tất cả các nguy cơ tấn công hệ thống truyền khóa từ phía Eve cũng như xem xét các ảnh hưởng và nguy cơ mất an ninh do quá trình bảo hiệu ở bước 3 và bước 4 của giao thức QKD gây ra. Do đó, các nghiên cứu tiếp theo trong tương lai sẽ tập trung vào việc xem xét, đánh giá mức độ an ninh của hệ thống QKD với các kiểu tấn công từ phía Eve cũng như các ảnh hưởng của quá trình báo hiệu.
(2) Ngoài ra, trong xu thế phát triển mạnh mẽ hiện nay của hệ thống QKD có quy mô toàn cầu với sự xuất hiện của các mạng QKD bao gồm nhiều trạm QKD, đa dạng kiểu cấu hình kết nối, cung cấp nhiều loại hình dịch vụ, yêu cầu tính linh động cao thì việc đề xuất mạng QKD được định nghĩa bằng phần mềm và các giải pháp cải thiện hiệu năng trong một mạng QKD được định nghĩa bằng phần mềm sẽ trở nên cần thiết. Mạng QKD được định nghĩa bằng phần mềm sẽ cho phép tự động hóa việc cung cấp các dịch vụ trong một cơ sở hạ tầng mạng QKD có sẵn, điều này giúp cho các nhà khai thác dịch vụ tránh khỏi việc triển khai các dịch vụ mới bằng cách can thiệp thủ công hoặc phải sử dụng các dịch vụ được cung cấp bởi các nhà cung cấp độc quyền.
