[發明專利]一種量子密鑰分配系統

有效

• 申請號: 201810110087.6
• 申請日: 2018-02-05
• 公開（公告）號: CN108199840B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 翟明岳;馬茹昕
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B10/40;H04B10/61;H04B10/70
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王戈

本發明公開一種量子密鑰分配系統。所述系統包括發射端、接收端、量子信道和經典信道；發射端包括第一PCI板卡、第一計算機、開關電路、激光二極管、與激光二極管對應的窄帶干涉濾光片、第一偏振分束器、第二偏振分束器、第一半波片、第一分束器、針孔以及第一多級干涉濾光片，系統中采用的光學器件均為線性光學元件，有利于系統的穩定和集成；同時發射端產生的時鐘信號和計算機產生的隨機數利用開關電路驅動不同的激光二極管發光，從而產生四種偏振態光子，因此激光二極管之間的切換只需利用簡單的開關電路就可以實現，省去了電光晶體或更多的光學元件以及復雜的電路設計，提高了系統的穩定性和抗干擾能力，并大大降低了系統成本。

技術領域

本發明涉及量子保密通信技術領域，特別是涉及一種量子密鑰分配系統。

背景技術

信息安全是現代通信中人們最為關注的問題。傳統的保密通信技術借助加/解密的數學復雜度可以提供有限的安全性，然而隨著量子計算機的出現，攻擊者的計算能力迅速提升，極大地降低了破解經典密碼的難度，這對于信息的安全來說是一個嚴峻的挑戰。

量子保密通信利用微觀粒子攜帶的狀態信息作為加密和解密所使用的密鑰，密鑰的安全性不再由數學計算提供，而是由微觀粒子所遵循的物理規律來保證，保證了加密信息的絕對安全。1984年物理學家Bennett和密碼學家Bra ssard提出了量子密鑰分配(Quantum Key Distribution，QKD)及一套完整的量子通信協議，簡稱為BB84協議。將量子密鑰分配與“一次一密”(one-ti mepad，OTP)加密體制相結合，可實現信息的無條件安全性，成為業界的研究熱點。

量子保密通信最早使用光纖信道，但由于單模光纖中存在雙折射效應以及光纖損耗，信號光的偏振態會有較大變化，從而導致安全密鑰的丟失。自由空間信道即大氣信道對光信號偏振影響較小，自由空間量子密鑰分配系統常采用偏振編碼，但目前自由空間量子密鑰分配系統多采用電光晶體或更多的光學元件以及復雜的電路設計，系統裝置復雜、成本高、抗干擾能力差且穩定性低。

發明內容

本發明的目的是提供一種量子密鑰分配系統，系統中所有的光學器件均采用線性光學元件，有利于系統的穩定和集成，同時發射端的結構設計使其外部電路簡單，省去了電光晶體或更多的光學元件以及復雜的電路設計，能夠提高系統的穩定性和抗干擾能力，并降低成本。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種量子密鑰分配系統，所述量子密鑰分配系統包括：發射端、接收端、量子信道和經典信道；

所述發射端包括第一PCI板卡、第一計算機、開關電路、第一激光二極管、第二激光二極管、第三激光二極管、第四激光二極管、第一窄帶干涉濾波片、第二窄帶干涉濾波片、第三窄帶干涉濾波片、第四窄帶干涉濾波片、第一偏振分束器、第二偏振分束器、第一半波片、第一分束器、針孔以及第一多級干涉濾光片；

所述第一PCI板卡用于產生主頻；所述第一板卡安裝在所述第一計算機上；所述第一計算機控制所述第一PCI板卡產生分頻從而生成時鐘信號；所述第一計算機還用于產生一個隨機數串，將所述隨機數串和所述時鐘信號一同連入所述開關電路；所述第一計算機通過所述開關電路控制驅動四個激光二極管以脈沖方式發光，按照隨機順序發射不同偏振態的光子；