[發明專利]自由空間量子密鑰分發系統的攻擊方法及其攻擊系統

在審

• 申請號: 202010885226.X
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN111901114A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 黃端;朱穎彬
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B10/70
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;米中業

1.一種自由空間量子密鑰分發系統的攻擊方法，包括如下步驟：

S1.竊聽方制備強激光，并通過自由空間發送至發送方的發送端口；

S2.步驟S1發送的強激光通過發送方的發送端口進入發送方內部，使得發送方內部的四個激光器發生改變，從而最終改變發送方的四個激光器的發射波長；

S3.竊聽方截取發送方再次發送的信息光，通過波分復用后得到發送方發送的不同偏振態的波長光，從而得到發送方的偏振態信息；

S4.竊聽方根據步驟S3獲取的發送方的偏振態信息，制備相同的偏振態信息并發送給接收方，從而完成自由空間量子密鑰分發系統的攻擊。

2.根據權利要求1所述的自由空間量子密鑰分發系統的攻擊方法，其特征在于步驟S1所述的竊聽方制備強激光，并通過自由空間發送至發送方的發送端口，具體為竊聽方采用飛秒激光器制備偏振態激光V；并將制備的偏振態激光V通過分色鏡反射進入發送方的發射透鏡。

3.根據權利要求2所述的自由空間量子密鑰分發系統的攻擊方法，其特征在于步驟S2所述的步驟S1發送的強激光通過發送方的發送端口進入發送方內部，使得發送方內部的四個激光器發生改變，從而最終改變發送方的四個激光器的發射波長，具體為竊聽方制備的偏振態激光V通過發送方的發射透鏡進入發送方內部，并通過發送方內部的光路照射到發送方的四個激光器上：偏振態激光V被發送方的第四偏振器完全透射，因此發送方的第四激光器吸收了100％的偏振態激光V的能量；偏振態激光V被發送方的第三偏振器完全反射，因此發送方的第三激光器未吸收任何偏振態激光V的能量；偏振態激光V被發送方的第一偏振器和第二偏振器反射50％的能量并透射50％的能量，因此發送方的第一激光器與第二激光器均吸收了50％的偏振態激光V的能量；發送方在后續的偏振態制備中，第四激光器發出的激光波長最短，第三激光器發出的激光波長保持不變且波長最長，第一激光器與第二激光器發出的激光波長相等且介于第三激光器發出的激光波長與第四激光器發出的激光波長之間。

4.根據權利要求3所述的自由空間量子密鑰分發系統的攻擊方法，其特征在于步驟S3所述的竊聽方截取發送方再次發送的信息光，通過波分復用后得到發送方發送的不同偏振態的波長光，從而得到發送方的偏振態信息，具體為采用如下步驟得到發送方的偏振態信息：

A.竊聽方截取發送方再次發送的信息光；

B.將步驟A得到的信息光進行波分復用，從而得到三種波長的激光，分別為λ₁、λ₂和λ₃，且λ₁＞λ₂＞λ₃；

C.采用如下規則，得到發送方的偏振態信息：

若步驟B檢測到波長為λ₁的激光，則表明發送方發送了水平偏振態H的激光；

若步驟B檢測到波長為λ₃的激光，則表明發送方發送了垂直偏振態V的激光；

若步驟B檢測到波長為λ₂的激光，則將接收到的信息光經過半波片轉換偏振角度后，再進行檢測：若此時檢測到波長為λ₁的激光，則表明發送方發送了對角偏振態D的激光；若此時檢測到波長為λ₃的激光，則表明發送方發送了反對角偏振態A的激光。

5.一種實現權利要求1～4之一所述的自由空間量子密鑰分發系統的攻擊方法的攻擊系統，其特征在于包括分色鏡、接收透鏡、減光器、強激光器、波分復用模塊、第三單光子探測器、第七激光器、第七偏振器、半波片、偏振分束器、第一單光子探測器、第五激光器、第五偏振器、第二單光子探測器、第六激光器、第六偏振器、第四單光子探測器、第八激光器、第八偏振器和發射透鏡；分色鏡設置在發送方與竊聽方之間；在竊聽方內部，接收透鏡的輸出端與減光器的第一輸入端連接，強激光器的輸出端與減光器的第二輸入端連接，減光器的輸出端連接波分復用模塊的輸入端；波分復用模塊有三個輸出端：波分復用第一輸出端直接串接第三單光子探測器、第七激光器和第七偏振器；波分復用第二輸出端串接半波片后連接偏振分束器的輸入端，偏振分束器的第一輸出端串接第一單光子探測器、第五激光器和第五偏振器，偏振分束器的第二輸出端串接第二單光子探測器、第六激光器和第六偏振器；波分復用第三輸出端串接第四單光子探測器、第八激光器和第八偏振器；第七偏振器的輸出端、第五偏振器的輸出端、第六偏振器的輸出端和第八偏振器的輸出端均連接至發射透鏡的輸入端；發射透鏡的輸出端作為竊聽方的輸出端；在竊聽方攻擊發送方時，強激光器產生強激光，并通過減光器和波分復用模塊進行波分復用后，再通過第三單光子探測器、第七激光器和第七偏振器產生偏振態激光V，再通過發射透鏡和分色鏡發送到發送方，從而實現對發送方激光器的攻擊；竊聽方截取發送方再次發送的信息光后，信息光通過接收透鏡接收后，通過減光器減光后，再通過波分復用模塊得到發送方發送的不同偏振態的波長光λ₁、λ₂和λ₃，且λ₁＞λ₂＞λ₃，并進行檢測：若步驟B檢測到波長為λ₁的激光，則表明發送方發送了水平偏振態H的激光；若步驟B檢測到波長為λ₃的激光，則表明發送方發送了垂直偏振態V的激光；若步驟B檢測到波長為λ₂的激光，則將接收到的信息光經過半波片轉換偏振角度后，再進行檢測：若此時檢測到波長為λ₁的激光，則表明發送方發送了對角偏振態D的激光；若此時檢測到波長為λ₃的激光，則表明發送方發送了反對角偏振態A的激光；竊聽方制備相同的偏振態信息并發送給接收方時，當第三單光子探測器探測到有光子信息時，竊聽方通過第七激光器產生激光信號，通過第七偏振器得到水平偏振態H的激光，并通過發射透鏡發送到接收方；當第一單光子探測器探測到有光子信息時，竊聽方通過第五激光器產生激光信號，通過第五偏振器得到對角偏振態D的激光，并通過發射透鏡發送到接收方；當第二單光子探測器探測到有光子信息時，竊聽方通過第六激光器產生激光信號，通過第六偏振器得到反對角偏振態A的激光，并通過發射透鏡發送到接收方；當第四單光子探測器探測到有光子信息時，竊聽方通過第八激光器產生激光信號，通過第八偏振器得到垂直偏振態V的激光，并通過發射透鏡發送到接收方。