[發(fā)明專利]基于連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)的數(shù)據(jù)流加密系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710807136.7
• 申請日: 2017-09-08
• 公開（公告）號: CN107483196B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭迎;謝才浪;黃端;廖骎
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04L9/06
• 代理公司: 西安知誠思邁知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61237
• 代理人: 麥春明

1.一種基于連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)的數(shù)據(jù)流加密系統(tǒng)，其特征在于，包括：

第一用戶端群，用于將需要加密的文件封裝后，將相應(yīng)用戶數(shù)據(jù)流發(fā)送至第一密鑰池服務(wù)器；

第一密鑰池服務(wù)器，用于檢測第一用戶群發(fā)送的用戶數(shù)據(jù)流，從密鑰池中提取最新的量子密鑰對用戶數(shù)據(jù)流進(jìn)行AES加密，并通過經(jīng)典信道發(fā)送至第二密鑰池服務(wù)器；用于根據(jù)第二密鑰池服務(wù)器發(fā)送的加密數(shù)據(jù)流從密鑰池中提取最新的量子密鑰進(jìn)行AES解密，解密后發(fā)送給指定的第一用戶端群中的一員；用于連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)，生成量子密鑰發(fā)送端所需調(diào)制信號；連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)進(jìn)程：在量子信號發(fā)送端，脈沖激光器產(chǎn)生脈沖相干光，經(jīng)過第一分束器分離成信號光與本振光，信號光依次經(jīng)過電光強(qiáng)度調(diào)制器、第一電光相位調(diào)制器調(diào)制后與本振光在偏振耦合器中耦合，并通過量子信道發(fā)送至量子密鑰接收端；在量子信號接收端，量子信號通過偏振分束器分成信號光與本振光，本振光經(jīng)過第二電光相位調(diào)制器進(jìn)行測量基隨機(jī)選擇后與信號光在第二分束器進(jìn)行干涉；干涉后通過零差探測器進(jìn)行檢測并將檢測結(jié)果輸入第二密鑰池服務(wù)器，第二密鑰池服務(wù)器與第一密鑰池服務(wù)器進(jìn)行密鑰協(xié)商和密性放大，最終獲取一對相同的密鑰，存入各自對應(yīng)的密鑰池；第一密鑰服務(wù)器、第二密鑰服務(wù)器不斷更新量子密鑰信息，一個(gè)量子密鑰在加密一次后舍棄；

量子密鑰發(fā)送端，用于調(diào)制量子信號，并將量子信號通過量子信道發(fā)送至量子密鑰接收端；

量子密鑰接收端，用于檢測量子信號，并將檢測結(jié)果發(fā)送至第二密鑰池服務(wù)器；

第二密鑰池服務(wù)器，用于處理量子密鑰接收端發(fā)送的檢測結(jié)果，并通過經(jīng)典信道與第一密鑰池服務(wù)器協(xié)商后各自獲得一對相同的密鑰，保存至各自對應(yīng)的密鑰池；用于根據(jù)第一密鑰池服務(wù)器發(fā)送的加密數(shù)據(jù)流從密鑰池中提取最新的量子密鑰進(jìn)行AES解密，解密后發(fā)送給指定的第二用戶端群中的一員；用于檢測第二用戶端群發(fā)送的用戶數(shù)據(jù)流，從密鑰池中提取最新的量子密鑰對用戶數(shù)據(jù)流進(jìn)行AES加密，并通過經(jīng)典信道發(fā)送至第一密鑰池服務(wù)器；用于通過經(jīng)典信道向第一密鑰服務(wù)器發(fā)送進(jìn)行連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)的請求；當(dāng)?shù)诙荑€池服務(wù)器檢測到第二用戶群發(fā)送的用戶數(shù)據(jù)流，加密進(jìn)程從密鑰池中提取最新的量子密鑰對用戶數(shù)據(jù)流進(jìn)行AES加密，然后通過經(jīng)典信道發(fā)送至第一密鑰池服務(wù)器，第一密鑰池服務(wù)器接收到第二密鑰池服務(wù)器發(fā)送的加密數(shù)據(jù)流，解密進(jìn)程從密鑰池中提取最新的量子密鑰進(jìn)行AES解密，解密后發(fā)送給指定的第一用戶端群中的一員；如果與第二密鑰池服務(wù)器對應(yīng)的密鑰池為空，第二密鑰池服務(wù)器通過經(jīng)典信道向第一密鑰服務(wù)器發(fā)送進(jìn)行連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)進(jìn)程的請求；

第二用戶端群，用于接收解密文件或發(fā)送需要加密的文件至第二密鑰池服務(wù)器；

所述量子密鑰發(fā)送端包括：

脈沖激光器，用于產(chǎn)生脈沖相干光；

第一分束器，用于將脈沖相干光分離為1%的信號光與99%本振光；

電光強(qiáng)度調(diào)制器，用于將第一分束器分離的信號光進(jìn)行幅度調(diào)制，并發(fā)送至第一電光相位調(diào)制器；

第一電光相位調(diào)制器，用于將第一分束器分離的信號光進(jìn)行相位調(diào)制，并發(fā)送至可調(diào)衰減器；

可調(diào)衰減器，用于將接收到的信號光能量進(jìn)行衰減至量子水平，并發(fā)送至偏振耦合器；

偏振耦合器，用于將接收到的信號光和第一分束器分離的本振光耦合成一路量子信號，并通過量子信道傳輸至量子密鑰接收端；

所述量子密鑰接收端，包括：

偏振分束器，用于在量子信號接收端將量子信號分成10%的信號光與90%的本振光，

第二電光相位調(diào)制器，用于將偏振分束器分離的本振光進(jìn)行測量基隨機(jī)選擇后發(fā)送至第二分束器；

第二分束器，用于將接收到的本振光與偏振分束器分離的信號光進(jìn)行干涉，并發(fā)送至零差探測器；

零差探測器，用于對接收到的本振光和信號光進(jìn)行零差檢測，并將檢測結(jié)果發(fā)送至第二密鑰池服務(wù)器；

所述第二密鑰池服務(wù)器能夠生成用于隨機(jī)選擇測量基的信號，并輸入至第二電光相位調(diào)制器進(jìn)行相移0或π/2的隨機(jī)選擇。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)的數(shù)據(jù)流加密系統(tǒng)，其特征在于，所述第一密鑰池服務(wù)器生成的量子密鑰發(fā)送端所需調(diào)制信號，包括電壓值服從瑞利分布的模擬信號和電壓值服從均勻分布的模擬信號；電壓值服從瑞利分布的模擬信號輸入電光強(qiáng)度調(diào)制器，電壓值服從均勻分布的模擬信號輸入第一電光相位調(diào)制器。