随着互联网行业的蓬勃发展,国家网络安全和个人数据隐私变得愈发重要,光通信物理层安全首当其冲。虽然光缆天然地不受电磁干扰,但其难以抵御来自线路或节点的窃听攻击。合法通信方常通过预共享密钥对信息加密的方式来确保通信安全。利用传输信道的不可预测性和随机性,并将其转化为密钥是一种有前景且经济有效的方法。由于光纤信道的唯一性,合法双方与非法方的密钥源客观上存在不对称性,故该类密钥分发方案具备高安全性,而且所得密钥非直接通过算法计算所得,不受攻击者强大计算能力的威胁。但该类密钥具有良好的随机性同时引入了较高的密钥错误率,无法直接应用到加密通信系统。基于这个问题,本文主要研究工作和创新点如下:第一,针对现有光通信物理层密钥分发方案所得密钥不完全一致的问题,本文提出安全密钥纠错模型,并将BBBSS、Cascade、Winnow等信息协商算法引入到光通信物理层密钥分发领域,成功使合法通信双方密钥达成一致。第二,针对现有密钥后处理方法面对密钥一致率波动较大的情况下性能较差、效率较低等问题,本文提出了以无速率spinal码为密钥纠错编码方式的信息协商技术,有效地解决了密钥一致率抖动问题,并理论上证明了该方案的安全性。第三,针对现在光通信物理层密钥分发后处理的技术空白,本文提出了一种基于spinal码的面向光通信物理层密钥分发的后处理协议。该协议先将测量所得的信道特征量化成比特流,再经信息协商对合法通信双方不一致的密钥段进行纠错,最后经隐私放大处理压缩一致密钥,密钥在抛弃信息量最少的情况下达到安全。然后将该协议作用于基于环回误比特率的物理层密钥分发实验中,最终在300km单跨光纤上实现了速率为353.8 kbps的无误码密钥分发系统。