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量子密钥分配(QKD)协议能够为远程合法通信双方提供密钥协商,结合“一次一密”密码系统,理想条件下可以实现无条件安全的保密通信。实际QKD系统是理想QKD协议的具体物理实现,针对实际QKD系统中器件存在的各种安全性漏洞,检测所有器件的非理想性是非常困难的。因此,从QKD协议设计上寻求突破,提出了设备无关QKD(DI-QKD)协议,突破了QKD安全性对量子设备的依赖性。由于DI-QKD实验实现困难,使得介于DI-QKD和传统QKD之间的折衷协议成为QKD新的研究热点。其中,半设备无关QKD(SDI-QKD)协议仅要求量子设备的操作限定在给定维度的希尔伯特空间内,不需要量子纠缠态的制备,更容易实验验证。本文围绕SDI-QKD协议在联合攻击下的安全性,主要包括以下研究成果:1.四态SDI-QKD协议在联合攻击下的安全性分析。在联合攻击下的解析安全性界限是SDI-QKD安全性证明发展中的难点之一。针对四态SDI-QKD协议,建立了平均最优猜测概率与维度目击值之间的关系,基于平均最优猜测概率与最小熵的关系,给出了刻画窃听者获得信息量的最小熵与维度目击值之间的关系,基于Devetak-Winter界限给出了四态SDI-QKD协议在联合攻击下的安全密钥率公式,通过数值模拟分析了安全密钥率与维度目击值、比特误码率之间的关系,结果表明当维度目击值较小时,量子比特误码率对安全密钥率的影响更加明显。2.有限长密钥条件下的SDI-QKD协议的安全性分析。实际QKD系统的产生光脉冲数量是有限的,因此考虑有限长密钥条件是QKD实际安全性需解决的关键问题之一。在基于CHSH相关因子(Clauser-Horne-Shimony-Holt correlator)的SDI-QKD模型基础上,设计了一个基于CHSH相关因子的实际SDI-QKD协议,并给出了有限长密钥条件下协议的具体描述;基于平滑最小熵给出了联合攻击下窃听者获得信息量的下界,利用Serfling定理刻画了量子比特误码率的统计偏差,利用Hoeffding不等式刻画了CHSH相关因子的统计涨落,进而基于可组合安全性定义给出了协议在有限长密钥条件下的安全性分析;基于退极化量子信道模型,通过数值模拟比较了不同SDI-QKD协议及BB84协议的安全密钥率,分析了不同脉冲信号数量情况下安全密钥率与可见度之间的关系,结果表明本文提出的协议是目前最优的SDI-QKD协议。3.基于弱相干态(Weak coherent state,WCS)光源的SDI-QKD协议的安全性分析。目前实现理想单光子源技术不够成熟,因此基于WCS光源的协议研究是提高SDI-QKD实用化的有效途径之一。基于WCS光源模型,给出了单光子部分对应的维度目击值与实际可观测的维度目击值之间的关系,基于诱骗态方法和GLLP公式给出了基于WCS光源的四态SDI-QKD协议的安全密钥率公式,通过数值模拟分析了不同维度目击值下,协议安全密钥率与安全传输距离之间的关系。