[發(fā)明專利]高速連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)及其位幀同步方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410301263.6
• 申請(qǐng)日: 2014-06-27
• 公開（公告）號(hào): CN104065475B
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉友明;汪超;黃瑞;黃鵬;馮曉毅;曾貴華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L9/08
• 分類號(hào): H04L9/08;H04L7/00
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司31236
• 代理人: 郭國(guó)中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖量子通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種高速連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)及其位幀同步方法。

背景技術(shù)

量子密鑰分發(fā)能使合法通信雙方在不可信任的量子信道中安全共享密鑰，與離散變量量子密鑰分發(fā)協(xié)議不同，連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)將信息編碼在連續(xù)量子變量(相干態(tài)的正則位移和正則動(dòng)量)上且使用高效成本低的零差或外差平衡檢測(cè)技術(shù)，這種摒棄了單光子技術(shù)且具有更高的密鑰分發(fā)速率的連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)受到了學(xué)術(shù)界的密切關(guān)注。目前，學(xué)術(shù)界已經(jīng)提出了很多連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)協(xié)議并且從理論上進(jìn)行了安全性分析，給出了個(gè)體攻擊和聯(lián)合攻擊的安全門限，特別是基于高斯調(diào)制的相干態(tài)量子密鑰分發(fā)協(xié)議的無條件安全性得到了充分論證。不但在理論上獲得了重要進(jìn)展，基于高斯調(diào)制的相干態(tài)量子密鑰分發(fā)在實(shí)驗(yàn)上也受到了人們的極大關(guān)注，通過使用先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)和糾錯(cuò)算法，近十年來連續(xù)變量系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)方面取得了很大的進(jìn)步。到目前為止，連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)80km的安全距離傳輸。

不過，現(xiàn)已有實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)都是針對(duì)低速連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)而開展的,其生成的最終安全碼率不高。在很多實(shí)際應(yīng)用諸如視頻文件加密、大數(shù)據(jù)文件加密等需要大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)加密系統(tǒng)中，通常需要高速密鑰分發(fā)技術(shù)。因此，如何實(shí)現(xiàn)高速連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)成為亟待解決的問題。在高速連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中，許多技術(shù)與以往的低速連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)技術(shù)不同。例如，在低速系統(tǒng)中所應(yīng)用的同步技術(shù)就無法有效的移植到高速系統(tǒng)中。在連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中，同步技術(shù)是一項(xiàng)至關(guān)重要的核心技術(shù)，因?yàn)樵谶B續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中要想正確提取出最終密鑰，通信雙方必須首先共享一串相關(guān)數(shù)據(jù)，即接收方收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)必須一一對(duì)應(yīng)。要達(dá)到上述目的，通信雙方必須進(jìn)行同步，從而使接收方能準(zhǔn)確的界定出數(shù)據(jù)傳輸過程中有效數(shù)據(jù)的起始位置和終止位置。然而，與傳統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)不同，連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中傳輸?shù)氖俏⑷醯牧孔有盘?hào)，它極易受到外部環(huán)境的影響，如光纖抖動(dòng)、外部機(jī)械振動(dòng)、濕度和溫度等，這些環(huán)境因素都會(huì)影響系統(tǒng)中傳輸信號(hào)的量子相干態(tài)的狀態(tài)。因此，連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)不能簡(jiǎn)單地使用傳統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)的同步方案，必須使用具有符合量子傳輸特性的同步方案。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種高速連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)及其位幀同步方法，其能有效克服同步信號(hào)在量子密鑰分發(fā)過程中受外界環(huán)境因素的干擾，實(shí)現(xiàn)通信雙方同步。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種高速連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，其特征在于，包括發(fā)送方和接收方，發(fā)送方包括第一控制部分和第一光路部分，接收方包括第二控制部分和第二光路部分，第一光路部分包括激光源、第一分束器、第一電光相位調(diào)制器、電光幅度調(diào)制器以及第一偏振耦合器，激光源在控制電路的作用下生成脈沖光，經(jīng)第一分束器得到量子信號(hào)光和本振光，分光比為一的光路得到量子信號(hào)光，經(jīng)第一電光相位調(diào)制器的調(diào)制和電光幅度調(diào)制器的調(diào)制進(jìn)隨機(jī)數(shù)，通過第一偏振耦合器與本振光合成一路進(jìn)入量子信道；第一控制部分包括第一真隨機(jī)數(shù)生成控制電路、第一模擬電壓輸出控制電路以及時(shí)鐘觸發(fā)電路，第一真隨機(jī)數(shù)生成控制電路主要生成真隨機(jī)數(shù)，通過第一模擬電壓輸出控制電路輸出到電光幅度調(diào)制器中制備高斯隨機(jī)數(shù)，時(shí)鐘觸發(fā)電路生成系統(tǒng)時(shí)鐘供系統(tǒng)使用；第二光路部分包括第二偏振耦合器、第二電光相位調(diào)制器、第二分束器以及平衡零差檢測(cè)器，來自于量子信道的光信號(hào)通過第二偏振耦合器得到量子光信號(hào)和本振光信號(hào)，然后在第二分束器中發(fā)生干涉，通過平衡零差檢測(cè)器得到量子信息；第二控制部分包括模擬電壓輸入控制電路、第二模擬電壓輸出控制電路以及第二真隨機(jī)數(shù)生成控制電路，模擬電壓輸入控制電路與平衡零差檢測(cè)器相連，用于接收數(shù)據(jù)信息；第二模擬電壓輸出控制電路驅(qū)動(dòng)第二電光相位調(diào)制器，完成隨機(jī)選擇測(cè)量基的功能，第二真隨機(jī)數(shù)生成控制電路用于生成隨機(jī)選擇測(cè)量機(jī)所需的真隨機(jī)數(shù)。