[實用新型]一種改進單光子探測的量子密鑰分配系統

無效

• 申請號: 201029166016.4
• 申請日: 2010-02-05
• 公開（公告）號: CN201629752U
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發明（設計）人: 焦榮珍;馬海強;韓清瑤
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04L29/06;H04B10/08
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 閆立德

技術領域

本實用新型涉及一種雙向、穩定、安全的改進單光子探測的量子密鑰分配系統。

背景技術

量子通信技術是量子信息科學的一個重要分支，它是以量子態作為信息單元，利用量子力學的一些原理來傳輸和保護信息，通常把通信雙方以量子態為信息載體，利用量子力學原理，通過量子信道傳輸，在保密通信雙方之間建立共享密鑰的方法，稱為量子密鑰分配(Quantum?Key?Distribution-QKD)，其安全性是由量子力學中的“海森堡測不準關系”及“單量子不可復制定理”或糾纏粒子的相干性和非局域性等量子特性來保證的。

QKD是保證通信安全性的重要環節，其能讓通信雙方共享一個無條件安全密鑰，因為量子機制就能保證安全，密鑰能在之后用來一次性地加密和解密消息，如何提高QKD系統的安全性以抵御外界的攻擊是量子通信技術研究的重要內容。目前，竊聽者Eve的攻擊可分為：(1)木馬攻擊，通過保持Bob端到Alice端再到Bob端的信號保持不變，加入一個探測信號，在木馬攻擊中，竊聽者借助量子信道的分接頭向Alice端發射一個較弱和短的定時探測脈沖，使它能恰好趕上或接近Bob端向Alice端發送的一個脈沖，以獲得Alice端加到脈沖里的相位信息的時刻并發送到Alice端的相位調制器，這樣Bob端傳給Alice端的信號在Alice端進行調制并傳回Bob端就保持未被探測信號影響的狀態；(2)“中間人”攻擊，即阻擋從Bob端到Alice端再到Bob端的信號并改變，在“中間人”攻擊中，Eve在Alice端和Bob端中間放置的裝置假裝是其中之一，并能在適當的頻率和時間上向Alice端發送弱信號來獲取相位調制器的設置信息，Eve制出Alice端調制信號的副本傳到光纖上，這樣Bob端接收到的信號好像是經過認證的。在現有技術中，國外有采用“即插即用”的QKD系統，但此系統由于背向瑞利散射限制了密鑰分配速率，往返式的密鑰傳輸方式也無法抵御木馬攻擊和中間人攻擊。

實用新型內容

有鑒于此，本實用新型的主要目的在于提供一種雙向、穩定、安全的改進單光子探測的量子密鑰分配系統。

為達到上述目的，本實用新型的技術方案是這樣實現的：一種改進單光子探測的量子密鑰分配系統，包括Alice端和Bob端，所述的Alice端包括：

看門狗探測器，其與光開關相連，用于監控離開或進入Alice端的光信號；

光衰減器，其與光開關相連，用于衰減脈沖；

相位調制器，其與光衰減器相連，用于對脈沖進行相位調制；

反射鏡，用于反射通過相位調制器從發射密鑰編碼站來的輻射脈沖；

控制器，其與相位調制器耦合，用于給相位調制器一個初始的門信號來激活相位調制器調制脈沖；

光子發射器，其與光衰減器和控制器相連，用于發射光脈沖。

所述的Bob端包括：

激光器，用于發射光脈沖；

時分復用/解復用系統，用于接收從激光器發射的脈沖，并把每個脈沖分成兩個時分復用脈沖在輸出端輸出，以及接收從Alice端來的一對時分復用脈沖，并將其合成一個脈沖，在輸出端輸出；

相位調制器，其與時分復用/解復用系統相連，用于對光脈沖進行相位調制；

單光子探測器，其與時分復用/解復用系統相連，用于監控離開或進入Bob端的光脈沖；

控制器，其與相位調制器耦合，用于給相位調制器一個初始的門信號來激活相位調制器調制脈沖；

光開關，其與相位調制器相連；

反射鏡，其與光開關相連，用于反射通過相位調制器從發射密鑰編碼站來的輻射脈沖。

所述的看門狗探測器為升頻單光子探測器。

所述的單光子探測器為Si-APD、Ge-APD或InGaAs-APD。

本實用新型相對于現有技術具有以下突出的實質性特點和顯著的進步：

1、實現雙向、穩定、安全的量子密鑰分發，優于單向量子密鑰分配系統，可對單光子的極化和相位變化進行自動補償，達到穩定長距離的傳輸目的。

2、將升頻單光子探測器用于Alice端作為看門狗，一方面，通過測量到達或離開Alice端的弱脈沖個數，可探測到木馬攻擊和中間人攻擊，極大地提升了通訊安全性；另一方面，極大地提升了系統的通信速率和通信距離。

3、Alice端和Bob端可分別調整和校正，能獨立選擇μ，不用借助在不安全光纖線路上傳播光子，以保證系統安全。

附圖說明

圖1為本實用新型的系統結構圖；

圖2為應用升頻探測器的理想通信模型；

圖3為升頻探測器的暗計數和泵浦的變化關系；