连续变量量子密钥分发（Continuous-variable quantum key distribution，CVQKD）系统可以在公共信道中建立安全共享密钥。其中，基于高斯调制相干态的CVQKD系统仅需使用标准的光学器件就可以实现量子信号的制备和探测，并且与现有的光通信网络兼容，因此具有十分广阔的应用前景。

近年来，为了解决传统CVQKD系统因本振光传输而引发的各种安全漏洞问题，一种基于本地本振光（Local local-oscillator，LLO）的CVQKD系统方案被提出，并且其可行性得到了广泛的研究。该方案通过发送参考脉冲向接收端提供量子信号相位补偿所需的相位漂移信息，并且使用接收端本地产生的本振光对量子信号进行相干探测，于是可以避免因本振光传输而引发的安全漏洞问题。

然而，实际系统因光学器件的不完美特性而存在各种噪声，如激光器相位噪声、调制器量化噪声和光子泄漏噪声等，这些噪声因素都会降低系统的安全性。特别地，当参考脉冲在线路中传输时，窃听者可以通过“截获-转发”攻击来控制参考脉冲的相位变化，从而改变量子信号的相位补偿噪声特性并引发潜在的安全漏洞问题。为了提高LLO-CVQKD系统的实际安全性，本文围绕相位补偿噪声特性变化带来的安全问题展开以下几个方面的研究：

一、在信道漂移比较稳定的环境中，信道漂移的估计误差将改变相位补偿噪声的零均值特性并造成均值漂移现象，而传统的相位补偿噪声模型忽略了均值漂移的影响，于是存在安全界限估计过高的问题。为了提高安全界限评估的准确性，本文改进了相位补偿噪声模型，从理论上分析了均值漂移与安全界限的变化关系，从而得到更加准确的安全界限。研究结果表明，改进的相位补偿噪声模型能够准确描述均值漂移对安全界限的影响，从而有效提高安全界限评估的准确性。

二、实际环境的复杂性将改变信道漂移的慢变特性，使现有的信道漂移估计算法产生较大的估计误差，从而增加量子信号的相位补偿噪声，降低系统安全性。为了减小信道漂移对系统安全性的影响，本文结合相位搜索算法与线性插值算法来提高信道漂移的估计精度，并采用自回归模型来预测信道漂移的变化，缩小搜索范围和提高搜索效率。实验结果表明，改进的信道漂移估计算法能够高效准确地跟踪信道漂移变化，有效提高相位补偿精度和系统安全性。

三、窃听者通过放大参考脉冲的相位噪声可降低接收端对激光器参考相位的估计精度，从而增加量子信号的相位补偿噪声，降低系统安全性。为了抵御参考脉冲相位噪声放大攻击，本文利用激光器相位漂移的低阶相关特性，分别采用滑动块平均法、滑动多项式拟合法和矢量卡尔曼滤波算法来提高参考相位估计的准确性、稳定性和实时性，并从理论上分析了算法的均方误差特性和最优估计性能。实验结果表明，改进的参考相位估计算法能够有效抵御参考脉冲相位噪声放大攻击，提高系统的实际安全性。

四、窃听者通过放大量子信号的相位噪声可以降低合法通信方之间的互信息，从而降低系统安全性。然而，由于量子信号过于微弱，且相位噪声与其他系统噪声难以区分，因此接收端难以直接抑制量子信号的相位噪声。对此，本文通过监测参考脉冲和量子信号的相位噪声水平来评估相位噪声放大攻击的强度，从而提高系统对相位噪声放大攻击的监测能力。研究结果表明，基于训练数据插入和基于训练数据随机选取的量子信号相位噪声监测算法可以有效监测相位噪声水平和攻击强度，提高系统对此类攻击的监测能力。