[發明專利]一種通過隨機改變它們的有效性用于檢測控制量子密碼裝置中單光子探測器的攻擊的設備及方法

有效

• 申請號: 201180055059.5
• 申請日: 2011-10-10
• 公開（公告）號: CN104303449B
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 馬修·勒格瑞;格雷戈瑞·瑞博迪
• 申請（專利權）人: ID量子技術股份有限公司
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04L9/00
• 代理公司: 上海申新律師事務所31272
• 代理人: 竺路玲

技術領域

本發明主要涉及量子密碼領域，尤其涉及一種設備和方法，允許所述攻擊探測要么控制量子密碼設備的單光子探測器，要么讀取量子密碼設備接收器用到的用來分析量子位的測量基礎。這兩種攻擊都通過量子通道發射強光進入接收器中實現。

背景技術

參照相關的申請

本申請要求2010年10月8日申請的美國臨時申請號61/391,127的權益，在這里引入其內容。

量子密碼（QC）的理論安全性已經通過一個理想化的實施例在形式上證明了。QC詳細的討論由這里合并的美國臨時專利申請的背景技術中提供，并且對理解整個發明有益。QC系統的實用實施例試圖盡可能地接近在安全性驗證中描述的模型，但是在模型和實施例中總是存在差異。

近來，研究者已試圖利用這些差異來打破QC系統的安全性。不同策略已經被提出和測試，并且它們通常針對單光子探測器。第一種攻擊利用了兩個Bob探測器的暫時的失諧。值得注意的是，QC系統一般具有兩個單光子探測器（SPDs）。在BB84協議的情況下，每個檢測器被分配一個位值。因此，如果一間諜知道哪一個探測器是發出點，他就知道在發射器和接收器之間交換的位值是什么。Y.Zhao，C.F.Fung, B.Qi, C. Chen 和 H. Lo 已在Physical Review A 78卷（2008）中描述了這種攻擊的實施例，其技術說明內容在這里通過引用的方式并入（任何成就的主張在這里不通過引用的方式并入）。兩個探測器之間存在的一小的暫時的失諧可能能夠在某時被用于發射光，所述某時是指探測器1是活躍的并且探測2不活躍的時候，并且反過來也一樣。這意味著如果一間諜使光子在規定的時間到達，他能夠欺騙所述探測僅探測探測器1或探測器2是有可能的。

在QC系統的SPDS上實施的最新等級的攻擊意圖允許一個人完全控制探測器。第一次論證已由V. Makarov在基于SPD的硅雪崩光電二極管（“APD”）上實施。這個第一種方法的說明被描述在New Journal of Physics 第11卷（2009），其技術公開的內容（除去任何成就的主張）在這里通過引用并入。攻擊的主體思想是欺騙基于SPD的硅雪崩光電二極管，通過發射強烈的連續波（“CW”）光到它上面。確實，當光的數量對于單光子探測器來說太大的時候，它進入一種飽和狀態，其中探測的數量開始減少直到它最終到達零。如果光的強度進一步增加，并且探測的數量保持等于零：探測器能夠被欺騙。這種現象的解釋依賴于大量的歸因于大量強光光子的探測。雪崩的數量是如此重要，以至于APD電勢差下降到一個接近于擊穿電壓的值。借助于大量雪崩意味著大量電流不斷地穿過APD的這一事實，這種下降能容易地被理解。考慮到電阻在被動淬熄電路中被串聯安裝在APD上，通過APD的電流也通過電阻。因為施加在所有串聯元件的總的電壓是固定的，在電阻上電壓的增長-由于這個電流-引起APD上電勢差的減少。如果這種下降足夠高，APD保持在蓋革模式但是雪崩發生，所述雪崩發生是由于光子吸收太小還不能被電路的鑒別器探測。由于強光，SPD可能被欺騙。當強光被關閉時，SPD在僅僅幾微秒后變的重新活躍。重新發射強光，使它能夠產生一探測，并隨后重新欺騙SPD。通過控制強光脈沖的順序，間諜可能能夠欺騙SPD某一段時間并隨后在他感興趣的時間強迫偵查。換句話說，間諜可能能夠獲得在單光子探測模塊上的重要控制。在較新的工作中，V. Makarov已經提出意圖控制基于SPDs的硅APD的另一種方法（可在2010年Quantum Communication 研討會中他的發言找到信息）（http://www.sarafelloni.com/QIW/QCW2010/infodownload/qcw2010-presentations）。其技術公開內容在這里通過引用并入（任何成就的主張在這里不引入）。新的方法仍由用CW光構成欺騙SPD，但是在這種情況下，CW光的強度是大于之前的論證，從而APD不在蓋革模式下工作，但是一直停留在線性模式下。然后，當間諜發射一強光學脈沖，在線性模式下它的探測導致一在APD輸出下的電脈沖。如果光學脈沖的強度足夠大，這種方法強調電脈沖的振幅能夠足夠高使其被SPD的探測器檢測到。通過第一次欺騙探測器，所述間諜隨后能夠獲得一定程度的SPD上的控制，然后發射在線性模式下能被探測的強光學脈沖。用這種方法，偷聽者能夠強迫QC接收器探測偷聽者需要他探測的東西。如果偷聽者能夠控制單光子探測器的接收器，他能夠有足夠的信息來猜測最終的密鑰。