Original title: Kvantová distribuce klíčů
Translated title: Quantum key distribution
Authors: Klíčník, Ondřej ; Burda, Karel (referee) ; Münster, Petr (advisor)
Document type: Master’s theses
Year: 2023
Language: cze
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract: [cze] [eng]
Tato diplomová práce nepřímo navazuje na bakalářskou práci Kvantová distribuce klíčů přes optickou vláknovou infrastrukturu. Na rozdíl od předchozího dokumentu bude pozornost zaměřena zejména na praktické použití QKD (Quantum key distribution) systému Clavis3. Z tohoto důvodu jsou v teoretické části stručně vysvětleny fyzikální jevy vztahující se k v praxi používaným QKD protokolům, které jsou většinou založeny na fázovém kódování. Speciální pozornost je věnována zejména protokolu COW (Coherent one-way protocol) implementovaném v zařízeních Clavis3. Tento protokol je rovněž srovnán s praktickými implementacemi protokolu BB84. Dále jsou nastíněny principy dalších pokročilých QKD technik a rozebrány jevy v optickém vlákně, které mohou mít vliv na kvantový kanál. Samostatná kapitola je také věnována standardizaci a topologiím QKD sítí. V neposlední řadě se pak práce věnuje tématu útoků proti praktickým implementacím QKD protokolů. V praktické části jsou provedena měření zacílená na praktické nasazení zařízení Clavis3 v běžné komunikační síti. Jedná se zejména o možnost sloučení kvantového kanálu do jednoho vlákna spolu s klasickými kanály pomocí WDM (Wavelength-division multiplex) a analýzu vlivu Ramanova šumu na maximální komunikační vzdálenost. Současně je ověřena odolnost systému proti změnám polarizace a manipulaci s vláknem. V neposlední řadě je srovnán výkon systému při použití třístavové a čtyřstavové verze protokolu COW a otestován přípravek pro simulaci odposlechu. This thesis is indirectly related to the bachelor thesis Quantum key distribution over optical fiber infrastructure. Unlike the previous paper, the focus will be mainly on the practical application of the QKD (Quantum key distribution) system Clavis3. For this reason, physical phenomena related to practically used QKD protocols are briefly explained in the theoretical part. These are mostly based on phase coding. In particular, special attention is paid to the Coherent one-way protocol (COW) implemented in Clavis3 devices. This protocol is also compared with practical implementations of the BB84 protocol. Furthermore, the principles of other advanced QKD techniques are outlined and the phenomena in the optical fiber that may affect the quantum channel are discussed. A separate chapter is also devoted to standardization and topologies of QKD networks. Last but not least, the thesis addresses the topic of attacks against practical implementations of QKD protocols. In the practical part, measurements aimed at practical deployment of Clavis3 devices in a common communication network are performed. These include the possibility of combining a quantum channel into a single fiber together with classical channels using Wavelength-division multiplexing (WDM) and the analysis of the effect of Raman noise on the maximum communication distance. At the same time, the robustness of the system against polarization changes and fiber manipulation is verified. Finally, the performance of the system using three-state and four-state versions of the COW protocol is compared and the eavesdropping simulation module is tested.
Keywords: Clavis3; COW protocol; distillation; Grafana; hacking; nonlinear phenomena; QKD network (QKDN); QKD polygon; quantum key distribution (QKD); quantum mechanics; standardization; Ubuntu; WDM (wavelength-division multiplex); Clavis3; COW protokol; destilace; Grafana; hacking; kvantová distribuce klíčů (QKD); kvantová mechanika; nelineární jevy; QKD polygon; QKD síť (QKDN); standardizace; Ubuntu; vlnový multiplex (WDM)

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: http://hdl.handle.net/11012/210185

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-526688


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Master’s theses