量子密钥分发(QKD)是一种重要的密钥分发方法,是量子力学在密码学上应用后的产物,将QKD应用于保密通信可以实现信息论安全的保密通信,这里的信息论安全指的是生成密钥的安全性与窃听者的计算和存储能力无关。尽管QKD的理论安全性得到了充分的证明,但是其实际器件存在各种非理想特性,这些非理想特性会导致探测器响应存在误差、边信道信息泄露甚至合法通信双方的设备被远程操控。因此,QKD的实际安全性研究至关重要。本文主要以弱测量技术和弱随机性模型为支点,对QKD实际安全性问题进行了系统的研究,具体工作内容如下:一、利用量子弱测量技术,构造了用于QKD系统的弱测量模型,对QKD实际安全性进行了分析,并得到一种新的检测量子信道中截取重发攻击策略的方法。同时利用弱测量技术分析Chain不等式的多体经典关联违反情况,得到了不同弱测量参数下不等式的经典关联违反值。1、基于弱测量技术,构造了用于QKD系统的弱测量模型,并对QKD的实际安全性进行分析。理想QKD协议的理论安全性已被证明,但实际的QKD系统可能会遇到态制备和态测量设备不完美的问题。为了提高实际QKD系统的安全性,本文提出了弱测量模型来检测量子信道中的截取重发攻击策略。我们将弱测量模型加入QKD系统中,当弱测量参数(?)时,如果没有截取重发攻击存在,发送方Alice和弱测量方Charlie之间的误码率为0,当有截取重发攻击时,Alice和Charlie之间的误码率为25%,因此我们可以通过观测Alice和Charlie之间的误码率来检测是否存在截取重发攻击。2、基于弱测量技术,分析了 Chain不等式多体经典关联违反情况。Chain不等式是一种重要的贝尔不等式,本文利用量子弱测量技术分析了 Chain不等式的经典关联值和量子关联值,该模型可以应用于分析多体设备无关QKD协议的安全性。通过分析表明,在n=2的情况下,可以观察到不等式的双违反。在n≥3的情况下,两个不同的通信方可以分别用不同的弱测量参数实现Chain不等式的违反。二、基于弱随机性模型,对QKD的实际安全性进行分析。提出了部分实际器件的非理想特性等价于弱随机性模型,例如致盲攻击和波长攻击等都可以看作是编码的随机性被破坏了,我们构造了一个弱随机性攻击模型分析了一般QKD协议的安全性。然后我们针对实际诱骗态QKD系统,构造了一个诱骗态和信号态编码可区分的弱随机性攻击模型,分析了不同弱随机参数、光源平均光子数、接收端探测效率等参数下的诱骗态QKD系统的安全性。1、基于弱随机性模型,构造了态制备可区分的弱随机性攻击模型,应用于实际QKD系统的安全性分析。QKD协议需要真随机数来进行态制备和态测量,但应用不完全随机的随机数或者不完美的量子装置会削弱随机性。本文提出了实际QKD系统中的弱随机性模型,并分析了弱随机情况下的实际QKD系统的密钥率。安全性分析结果表明,即使只有很小的一部分不完全随机,这种不完全的随机性会随着信号在信道中传输的损耗而被放大,因而导致QKD系统被攻击。利用GYS参数的数值仿真结果表明,当弱随机参数为1%时,最大传输距离将从140公里锐减到12公里。2、基于弱随机性模型,构造了信号态和诱骗态可区分的攻击模型,应用于实际诱骗态QKD系统安全性分析。实际的诱骗态QKD系统需要制备不可区分的信号态和诱骗态,以抵抗光子数分束攻击。然而,应用不完全随机的随机数或不完美的量子器件,会削弱信号态和诱骗态的不可区分性。本文在实际的诱骗态量子密钥分发系统中,提出了一种弱随机性攻击模型,数值仿真结果表明,当弱随机参数为1%时,最大传输距离将从140公里锐减到60公里。