工业物联网中的量子加密技术研究

正式科研：1v1线上定制指导

项目收获：科研报告、导师推荐信

科研补充包：48课时科研基础课+15课时学术写作基础课

涉及领域

本课题涉及到5G与6G通信、无线电技术、通信工程、计算机，电磁场与微波技术等方面的知识，适合通信工程、电子科学与技术、电磁场与微波技术、信息工程、计算机科学、微电子等相关专业的学生。

适合人群

有意提高自身知识水平及学术能力的学生;

有意掌握最前沿科研热点及科研方法的学生;

有留学意向、跨专业深造的学生。

研究前沿性

工业物联网(IIoT)是物联网的子类别，指的是使用自动化、相互关联的传感器、设备和机械来推动工业规模的运营效率。IIoT网络连接了庞大的工业制造资源，实现了数据传输，预计到2025年，连接设备数量将超过700亿。然而，我国有34%的网络化工业设备存在高风险漏洞。因此IIoT最 大的问题之一是确保网络、数据和设备的安全，而保护IIoT是一项多方面的工作，其安全性更需要全方位考虑。

其中量子密钥分发(QKD)技术利用量子力学的基本原理，确保远程双方可以共享安全密钥，是一种保障光网络安全的最 佳方式。近年来，QKD不仅在理论方面取得了很大的进展，而且也对一些保证实际应用安全的网络和实验进行了研究。因此，利用QKD保障IIoT的安全性是未来的发展方向之一。

本项目通过理论与实践相结合的方式，以IIoT这一应用场景为切入点，引导学员研究IIoT场景中QKD技术。同时，以具体案例的形式，引导学员进行自主科研实践，从而完成从入门、理解，到设计、实现等一系列的科研标准流程。

研究介绍

物联网技术已经涉及到我们生活的方方面面，其中IIoT也属于物联网技术的一个类别，连接海量的工业节点。为保障IIoT安全性，QKD技术被引入IIoT这一场景。本项目从QKD密钥产生这一角度帮助学生理解量子加密技术，例如，如何利用QKD产生大量的安全密钥;如何扩展最 大的安全传输距离;如何保障IIoT具有充足的加密密钥等。

在本项目中，学生将通过对通信原理，光纤通信，现代密码学等内容进行初步的了解学习，提出解决问题的思路。除了理论学习外，本项目还会涉及对相关参数的建模仿真能力的训练。

课题要点

课题研究方法

文献阅读，应用场景分析、QKD系统的建立和仿真实现，数据处理和分析。

课题难点

需要一定的逻辑分析能力;需要一定的编程能力。

1v1定制化辅导参考任务

任务一：掌握查阅文献和研究方法

通过查阅文献，确定相关研究方向细节。根据目前文献研究的问题，确定解决思路。通过这一阶段，培养学生查阅文献、发现问题、寻找解决问题思路能力。本任务是做科研应具备的基本要素。

任务二：了解工业物联网的需求和QKD技术的基础知识

通过查阅文献，熟悉并掌握目前工业物联网的特点、发展现状和需求;

了解基本的QKD原理，包括基本的特点、主要的协议、以及安全密钥产生的流程和计算方法。

任务三：构建QKD的基本模型，仿真实现QKD密钥的计算

基于光纤通信原理等知识，建立QKD的基本模型;

基于仿真工具，对设计模型进行仿真，验证模型的有效性。

任务四：基于仿真结果，结合工业物联网的需求进行优化

结合QKD在距离，传输损耗，噪声影响等方面的因素，考虑工业物联网的特征和需求，对所建立模型进行多参数仿真和优化;

对所仿真结果与当前其他团队或者实际需求进行对比，验证所提模型与仿真结果的正确性和有效性。

任务五：项目收尾

撰写科研报告;

准备一次20~30分钟的presentation。