[發明專利]量子密碼通信系統和在通信終端處設置平均光子數的方法

無效

• 申請號: 200710103529.6
• 申請日: 2007-03-16
• 公開（公告）號: CN101056168A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發明（設計）人: 川元洋平;平野琢也;筱邦宣;浮田昌一
• 申請（專利權）人: 索尼株式會社
• 主分類號: H04L9/12
• 分類號: H04L9/12;H04B10/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 張雪梅;劉宗杰

相關申請的交叉引用

本發明包含涉及于2006年3月16日向日本專利局遞交的日本專利申請JP2006-073449的主題，在此引入其全文內容作為參考。

技術領域

本發明涉及基于量子密碼執行通信處理的量子密碼通信系統，以及在通信終端處設置平均光子數的方法，該方法用于該量子密碼通信系統中。

背景技術

包含RAS密碼和EL?Gamal密碼的公共密鑰密碼系統以及包含先進加密標準(AES)密碼和數據加密標準(DES)密碼的公用密鑰密碼系統通常用于防止任何信息泄漏給第三方。在公共密鑰密碼系統中，它們的安全性是在對因數分解成素數的解法困難或對離散對數程序的解法困難的基礎上被保證的。該安全性容易受到由量子計算機譯解它們的代碼的影響或未知的威脅。在公用密鑰密碼系統中，私鑰可能對于在先由發送方和接收方共享而言是必要的，因此該私鑰通常利用任意公用密鑰密碼系統來共享。對其的先進的攻擊方法可能導致將來將發展有效地譯解它們的代碼。

已經提出其安全性基于大量信息得到保障的任何絕對破譯不出的密碼，例如Vemam密碼。如Shannon所表明的，這種絕對破譯不出的密碼具有由發送方和接收方共享的大尺寸的密鑰以實現其絕對無法破解，因此難以分配該密鑰。

Bennett等人提出量子密碼作為其突破方法。量子密碼是指通過利用量子力學的原理，私鑰可得到共享的密碼。采用的該原理是：如果即使一次就測量到弱光位置，那么其位置被改變，因此該位置可能是被不太精確地測量的。根據弱信號光的測量方法，這種量子密碼的實現方法粗略地分為兩類。

一種方法基于單光子探測，且另一種方法基于零差探測。在單光子探測中，產生并探測單光子，這是其特點但也是弱點。在零差探測中，由光電二極管構成的零差探測器探測從激光二極管發出的弱相干光。零差探測能夠在室溫下進行高效測量，其具有廣闊的前景。

日本專利申請公開號NO.2000-101570公開了基于零差探測的量子密碼協議。此外，日本專利申請公開號NO.2005-286485公開了即插即用的工具，其可以處理在長距離通信中難以避免的對光纖的偏振的干擾和其光程長度的差異。上面的日本公開號No.2005-286485還公開了一種用于使發送方和接收方同步和反之亦然的方法。

發明內容

在量子密碼協議中，通過大量相位調制，由脈沖光攜帶秘密信息，而量子密碼的任何功能可以僅在弱電平中獲得，因此對于每個脈沖，信號光的平均光子數幾乎為1。如果在發送該秘密信息的發送方的輸出處，具有弱電平的信號光的平均光子數得到精確設置，那么通過在接收方測量該信號光之后由該接收方估計平均光子數并且將估計的平均光子數和在發送方的輸出處設置的平均光子數相比較，接收方可以探測到任何線路竊聽的風險。

期望提供一種基于量子密碼執行通信處理的量子密碼通信系統，和一種在發送方的通信終端處精確設置平均光子數的方法，該方法用于量子密碼通信系統中，通過其能夠探測到任何線路竊聽的風險。

根據本發明的實施例，提供一種執行基于量子密碼進行通信處理的量子密碼通信系統，該系統包括：第一通信終端、第二通信終端、以及連接所述第一通信終端和第二通信終端的通信路徑。所述第一通信終端包括：發射脈沖光的光源、第一光分離裝置，該裝置從由所述光源發射的脈沖光中分離出信號光和參考光。第一通信終端還包括其中插入延遲裝置的第一光路、其中未插入延遲裝置的第二光路、以及光合成裝置，該裝置將在所述第一光分離裝置中分離出的并穿過所述第一光路的所述信號光和在所述第一光分離裝置中分離出的并穿過所述第二光路的參考光合成，以將合成光發送至所述通信路徑。該第一通信終端還包括第二光分離裝置，該裝置從通過所述通信路徑從所述第二通信終端返回的脈沖光中分離出信號光和參考光。該第一通信終端還包括第一相位調制器，對于每個脈沖，該相位調制器對在所述第二光分離裝置中分離出的并且穿過所述第一光路的參考光進行隨機相位調制、以及零差探測器，該探測器根據在所述第二光分離裝置中分離出的并且穿過所述第一光路的參考光和在所述第二光分離裝置中分離出的并穿過所述第二光路的信號光進行零差探測。

第二通信終端包括：光發送裝置，該裝置通過預定光路將所述信號光和參考光發送至所述通信路徑，所述信號光和參考光從所述第一通信終端通過所述通信路徑被發送；和衰減穿過所述預定光路的信號光的光衰減器。該第二通信終端還包括：第二相位調制器，對于每個脈沖，該調制器對穿過所述預定光路的信號光進行隨機相位調制；以及光子數設置裝置，該裝置將從所述光發送裝置發送到所述通信路徑的信號光的平均光子數設置為預定值。