[發明專利]一種MDI-QKD系統及MDI-QKD方法

有效

• 申請號: 201710032300.1
• 申請日: 2017-01-16
• 公開（公告）號: CN106656344B
• 公開（公告）日: 2023-09-01
• 發明（設計）人: 富堯;王真真
• 申請（專利權）人: 浙江神州量子網絡科技有限公司
• 主分類號: H04B10/50
• 分類號: H04B10/50;H04B10/524;H04B10/80;H04L9/08
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 解明鎧;劉靜靜

本發明公開了一種MDI?QKD系統以及MDI?QKD方法，MDI?QKD系統包括兩用戶端以及公共測量端，所述公共測量端設有主激光器，兩用戶端分別設有與所述主激光器相應的從激光器，在公共測量端還設有用于接收來自各從激光器光信號的探測模塊。本發明的量子態制備過程為基于光注入鎖定思想使用主從兩個激光器共同實現的內調制過程，對于特洛伊木馬攻擊具有本質的抵御能力。特洛伊木馬攻擊實現的首要條件為QKD系統結構中量子態制備的各調制器件獨立于光源，為外部調制器件，而本發明的量子態制備過程沒有外部調制器件，在光源內部實現，破壞了特洛伊木馬攻擊的實現條件。

技術領域

本發明涉及量子通信領域，尤其涉及一種MDI-QKD系統和方法。

背景技術

量子密鑰分發(QKD)原則上提供了基于量子物理定律而不是計算復雜度的無條件安全性，然而由于安全證明的理論假設和現實條件之間的差距，實際QKD系統易受各種攻擊。測量子系統是QKD系統最脆弱的部分，其中解碼模塊、單光子探測器等復雜測量器件上，與編碼維度關聯的其他若干維度可作為邊信道將信息泄露出去。2012年，加拿大的Hoi-Kwong?Lo小組于提出了測量設備無關的量子密鑰分發(MDI-QKD)協議，很好地關閉了測量子系統的所有漏洞，并使安全通信的距離提高了一倍。

MDI-QKD系統利用時間反演的基于糾纏分發的協議，把測量裝置放在不受信任的第三方Charlie，通信雙方Alice和Bob各自隨機選擇基矢編碼比特信息和制備光子態，光子態被發送給Charlie進行Bell態測量，并選擇正確的測量結果。

為了實現Charlie內兩光子態良好的干涉效果，系統需要對影響干涉的各種參數進行嚴格的校準和反饋，包括時間模式、偏振模式以及光譜模式等等。在一般的MDI-QKD系統中，Alice和Bob兩者采用獨立的激光器，系統需要波長校準模塊以保證兩者的波長高度一致。在文獻Phys.Rev.Lett.111,130501(2013)中，用戶端使用移頻器每間隔30分鐘對兩路激光頻率差進行校準，保證其低于10MHz水平；文獻PHYSICAL?REVIEW?A?92,012333(2015)在Alice和Bob邊緣放置窄帶濾波器，使來自Charlie的光脈沖只有單個光譜模式進入二者的編碼模塊；文獻PHYSICAL?REVIEW?A?93,042308(2016)里，作者采用半導體激光器穩頻技術，借助分別集成到Alice和Bob光源內部的乙炔氣池，將兩路光波長鎖定在1542.38nm處，確保了10MHz以內的頻率差，保證了兩路光譜的不可分辨性。但是移頻器時分復用的方式降低了系統的成碼速率；目前的濾波技術還不能達到1pm量級精度的理想濾波；半導體激光器穩頻技術在建立外部參考基準時，不僅需要吸收物質，還需要復雜的反饋控制系統(包括分束模塊、光電探測模塊、頻率伺服系統等)。

MDI-QKD協議雖然解決了測量系統的黑客漏洞，但是仍有源端攻擊需要考慮，主要包括特洛伊木馬攻擊、光子數分離攻擊等。誘騙態方案彌補了光子數分離攻擊的漏洞，而針對特洛伊木馬攻擊的抵御方案主要依賴于光學器件的性能和對光學器件的復雜控制，因此抵御性能有限。

在特洛伊木馬攻擊中，竊聽者在開放的量子信道上向系統發送端或接收端輸入木馬光束，木馬光束經過量子態制備或解調的外部調制器件后，攜帶上編碼或解碼信息，在發送端的光源或接收端的探測器端面被反射回來，竊聽者分析返回光束的攜帶信息從而得到密鑰信息。

現有MDI-QKD系統對Alice和Bob兩路光波長校準技術實現復雜或受限于器件性能水平；在量子態制備過程和誘騙態方案的實施通過外部調制器件實現，系統結構復雜，高速編碼應用受外部調制器件限制；現有MDI-QKD系統還存在特洛伊木馬攻擊漏洞。

發明內容

本發明提供一種MDI-QKD系統，借助光注入鎖定的思想使Alice和Bob的激光器產生關聯，兩者的光源在產生光脈沖的同時即實現了光波長的內部校準，相比于移頻器等外部波長校準模塊，在不影響系統正常成碼的情況下，實現更為簡單。