面向电力调度业务的量子密钥应用技术研究

论文摘要

电力调度数据网是现代大规模互联电网的重要组成部分,是实现电网调度自动化的基础。随着信息通信技术的快速发展,电力调度数据网的规模以及承载业务数量不断增加,使其在电力系统运行中的作用更加突出。但目前电力调度业务系统的安全措施基于经典的密码算法,密钥的长期安全性难以保障,同时在电力调度系统中还有相当数量的业务直接采用明文传输,因而使得电力调度系统存在着较大的信息安全隐患。本文将当今最为成熟的量子密钥分发（Quantum Key Distribution,QKD）技术引入电力调度系统中,首先重点分析了诱骗态量子密钥分发技术,保证了非理想光源情况下量子密钥分发的安全性。进一步分析了无限数据集和含有统计抖动的有限数据集下的真空+弱诱骗态量子密钥分发,并通过局部搜索算法（Local Search Algorithm,LSA）对其无限解和有限解进行了全参数优化,在安全密钥生成率和安全传输距离上展现了更好的性能。然后设计了电力调度业务密钥供给及动态调整方案,提出了一种基于业务排队的实时动态化的密钥调整算法。通过采用不同的量子密钥应用方式和预分配密钥量进行密钥供给,利用逐级调整密钥应用方式和降低密钥更新频率的调整算法实时调整,最大程度保证量子密钥的充足供应。最后建立电力调度业务模型,对算法在调度网络架构中的应用性能进行仿真测试。并针对传统时分复用方法站点密钥产生与消耗不匹配问题,提出了一种基于观测时间内密钥产销比的时隙分配方案。通过分析正常情况和异常情况下产销比的调整情况,验证了量子密钥供给方案及动态调整实际效果,从而最大限度地提升量子密钥分发使用的效率,保障了电力调度网中业务数据传输的安全性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题背景及研究目的和意义
•   1.2 研究现状
•     1.2.1 电力调度数据网信息安全研究现状
•     1.2.2 量子通信技术在电网的应用研究现状
•   1.3 本文主要研究内容
• 第2章 量子密钥分发协议
•   2.1 量子密钥分发安全性的量子力学基础
•   2.2 常见的量子密码分发协议
•     2.2.1 BB84协议
•     2.2.2 B92协议
•   2.3 基于诱骗态的量子密钥分发协议
•     2.3.1 光子数分离攻击
•     2.3.2 诱骗态量子密钥分发的基本原理
•   2.4 本章小结
• 第3章 诱骗态协议模型及优化分析
•   3.1 诱骗态协议模型
•   3.2 无限数据集下诱骗态量子密钥分发
•   3.3 有限数据集下诱骗态量子密钥分发
•   3.4 诱骗态量子密钥分发全参数优化
•     3.4.1 全参数估计
•     3.4.2 局部搜索算法（LSA）
•     3.4.3 仿真结果分析
•   3.5 本章小结
• 第4章 DS-QKD在电力调度系统中应用方案设计
•   4.1 电力调度网络架构及业务安全性分析
•   4.2 电力调度业务量子密钥供给及动态调整方案
•     4.2.1 量子密钥应用方式设定
•     4.2.2 量子密钥池容量计算
•     4.2.3 量子密钥动态调整方案
•   4.3 本章小结
• 第5章 不同电力调度场景下量子密钥动态调整仿真与分析
•   5.1 典型电力调度系统及业务模型
•   5.2 点对点架构量子密钥动态调整仿真与分析
•   5.3 点对多点架构量子密钥动态调整仿真与分析
•   5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈雅琳

导师: 马永红

关键词: 电力调度业务,量子密钥分发,诱骗态,动态调整,网络信息安全

来源: 华北电力大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,电力工业,电信技术

单位: 华北电力大学(北京)

分类号: TM73;TN918.4;O413

DOI: 10.27140/d.cnki.ghbbu.2019.000167

总页数: 56

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