量子通信基于量子力学基本理论,能够实现绝对安全的保密通信。借助卫星平台,进行星地高速量子密钥分发实验,寻求量子理论在宏观大尺度上的应用,促进广域乃至全球范围内量子保密通信的最终实现。通过优化量子密钥分发系统各个部件,大幅度提高密钥成码率,加速量子保密通信实用化发展进程。本课题旨在实现高速量子密钥分发实时密钥提取。整个系统设计采用嵌入式处理器PowerPC MPC8641D与FPGA Xcku040相连的架构,通过嵌入实时操作系统VxWorks的多任务模式,实现对密钥分发数据进行实时处理提取出安全密钥。设计了基于PCIE1.0总线协议的高速数据通道,采用FPGA内置的PCIE IP硬核,实现FPGA XCKU040通过GTH接口与MPC8641D的高速串并转换收发器以PCIE X8的模式连接。并开发了在VxWorks驱动框架VxBus下的PCIE驱动程序,通过DMA测试其数据传输速度DMA读可达176MB/S,DMA写可达221MB/s。实时密钥提取软件主要通过量子通信算法处理,经过基矢比对、密钥纠错、隐私放大过程从原始数据中提取出绝对安全密钥。按照模块化的思想,将量子通信算法处理过程分为七个任务。任务之间采用VxWorks的循环分配式和完全抢占式任务调度方式,在wind内核调度下真正实现对数据的“并行”处理。在计算校验和任务中设计了随机置换密钥的算法,保证了密钥纠错过程中的随机性;泄露信息抛弃任务中使用先标记后抛弃的方式,提高了运算速度;隐私放大任务引入密钥串与Toeplitz矩阵相乘的数据压缩方式,降低了随机数的产生和存储负载,并最终实现实时提取安全密钥。经过试验测试,该系统稳定,能满足实时提取安全密钥的目的,方案可行。