[發(fā)明專利]離散變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的攻擊檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011002363.0
• 申請(qǐng)日: 2020-09-22
• 公開（公告）號(hào): CN112134683B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃端;吳梓杰;王一軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L9/00
• 分類號(hào): H04L9/00;H04L9/08
• 代理公司: 長沙永星專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;米中業(yè)

1.一種離散變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的攻擊檢測(cè)方法，包括如下步驟：

S1.搭建離散變量量子密鑰分發(fā)攻擊檢測(cè)系統(tǒng)；具體包括發(fā)送端模塊和接收端模塊；發(fā)送端模塊與接收端模塊通過光纖連接；發(fā)送端模塊包括水平激光發(fā)射器、水平衰減器、水平起偏器、水平偏振控制器、對(duì)角激光發(fā)射器、對(duì)角衰減器、對(duì)角起偏器、對(duì)角偏振控制器、反對(duì)角激光發(fā)射器、反對(duì)角衰減器、反對(duì)角起偏器、反對(duì)角偏振控制器、垂直激光發(fā)射器、垂直衰減器、垂直起偏器、垂直偏振控制器和四選一控制器；水平激光發(fā)射器、水平衰減器、水平起偏器和水平偏振控制器依次串聯(lián)；對(duì)角激光發(fā)射器、對(duì)角衰減器、對(duì)角起偏器和對(duì)角偏振控制器依次串聯(lián)；反對(duì)角激光發(fā)射器、反對(duì)角衰減器、反對(duì)角起偏器和反對(duì)角偏振控制器依次串聯(lián)；垂直激光發(fā)射器、垂直衰減器、垂直起偏器和垂直偏振控制器依次串聯(lián)；水平偏振控制器的輸出端、對(duì)角偏振控制器的輸出端、反對(duì)角偏振控制器的輸出端和垂直偏振控制器的輸出端均與四選一控制器的輸入端連接，四選一控制器的輸出端為發(fā)送端模塊的輸出端；接收端模塊包括10:90分束器、接收端第一衰減器、第一50:50分束器、半波片、接收端第一偏振分束器、第一單光子探測(cè)器模塊、第二50:50分束器、同步時(shí)鐘、光功率計(jì)、接收端第二偏振分束器、第二單光子探測(cè)器模塊、第三單光子探測(cè)器模塊、第四單光子探測(cè)器模塊、數(shù)據(jù)采樣模塊和控制模塊；發(fā)送端發(fā)送的信號(hào)連接10:90分束器的輸入端；10:90分束器的第一輸出端連接接收端第一衰減器的輸入端，接收端第一衰減器的輸出端連接第一50:50分束器的輸入端；10:90分束器的第二輸出端連接第二50:50分束器的輸入端；第二50:50分束器的第一輸出端連接同步時(shí)鐘的輸入端，第二50:50分束器的第二輸出端連接光功率計(jì)的輸入端；第一50:50分束器的第一輸出端連接半波片的輸入端，半波片的輸出端連接接收端第一偏振分束器的輸入端；接收端第一偏振分束器的第一輸出端連接第一單光子探測(cè)器模塊的輸入端，接收端第一偏振分束器的第二輸出端連接第二單光子探測(cè)器模塊的輸入端；第一50:50分束器的第二輸出端連接接收端第二偏振分束器的輸入端，接收端第二偏振分束器的第一輸出端連接第三單光子探測(cè)器模塊的輸入端，接收端第二偏振分束器的第二輸出端連接第四單光子探測(cè)器模塊的輸入端；同步時(shí)鐘的輸出端、光功率計(jì)的輸出端、第一單光子探測(cè)器模塊的輸出端、第二單光子探測(cè)器模塊的輸出端、第三單光子探測(cè)器模塊的輸出端和第四單光子探測(cè)器模塊的輸出端均連接到數(shù)據(jù)采樣模塊的輸入端；數(shù)據(jù)采樣模塊的輸出端連接控制模塊；水平激光發(fā)射器用于產(chǎn)生第一激光信號(hào)，通過水平衰減器衰減后，再通過水平起偏器和水平偏振控制器進(jìn)行偏振控制，從而輸出水平偏振態(tài)激光H；對(duì)角激光發(fā)射器用于產(chǎn)生第二激光信號(hào)，通過對(duì)角衰減器衰減后，再通過對(duì)角起偏器和對(duì)角偏振控制器進(jìn)行偏振控制，從而輸出對(duì)角偏振態(tài)激光D；反對(duì)角激光發(fā)射器用于產(chǎn)生第三激光信號(hào)，通過反對(duì)角衰減器衰減后，再通過反對(duì)角起偏器和反對(duì)角偏振控制器進(jìn)行偏振控制，從而輸出反對(duì)角偏振態(tài)激光A；垂直激光發(fā)射器用于產(chǎn)生第四激光信號(hào)，通過垂直衰減器衰減后，再通過垂直起偏器和垂直偏振控制器進(jìn)行偏振控制，從而輸出垂直偏振態(tài)激光V；四選一控制器用于選擇對(duì)應(yīng)的偏振態(tài)激光信號(hào)，并將選擇的激光信號(hào)通過光纖傳輸至接收端模塊；接收端接收到信號(hào)后，通過10:90分束器分為兩束信號(hào)；一束10％的信號(hào)通過第二50:50分束器分為兩束后，分別輸入到光功率計(jì)和同步時(shí)鐘；同步時(shí)鐘用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)并用于后續(xù)校驗(yàn)，光功率計(jì)用于檢測(cè)光功率；另一束90％的信號(hào)通過接收端第一衰減器衰減為理想信號(hào)值后，再通過第一50:50分束器平均分為兩束：一束50％的信號(hào)通過半波片翻轉(zhuǎn)45°后，若所選測(cè)量基與接收端第一偏振分束器基相同，則根據(jù)偏振角度對(duì)應(yīng)射入相應(yīng)的第一單光子探測(cè)器模塊或者第二單光子探測(cè)器模塊，并引起探測(cè)器響應(yīng)；若與接收端第一偏振分束器基均不相同，則隨機(jī)射入第一單光子探測(cè)器模塊或者第二單光子探測(cè)器模塊，并引起探測(cè)器響應(yīng)；另一束50％的信號(hào)，若所選測(cè)量基與接收端第二偏振分束器基相同，則根據(jù)偏振角度對(duì)應(yīng)射入相應(yīng)的第三單光子探測(cè)器模塊或者第四單光子探測(cè)器模塊，并引起探測(cè)器響應(yīng)；若所選測(cè)量基與接收端第二偏振分束器基均不相同，則隨機(jī)射入第三單光子探測(cè)器模塊或者第四單光子探測(cè)器模塊，并引起探測(cè)器響應(yīng)；數(shù)據(jù)采樣模塊用于收集同步時(shí)鐘、光功率計(jì)、第一單光子探測(cè)器模塊～第四單光子探測(cè)器模塊的數(shù)據(jù)信息，并將收集的信息上傳控制模塊；

S2.采用步驟S1搭建的離散變量量子密鑰分發(fā)攻擊檢測(cè)系統(tǒng)，獲取基于不同系統(tǒng)參數(shù)和不同攻擊模式下的離散變量量子密鑰通信數(shù)據(jù)；

S3.將步驟S2獲取的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并劃分樣本集；

S4.搭建基于生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)的離散變量量子密鑰分發(fā)攻擊檢測(cè)初步模型；具體為采用如下步驟搭建初步模型：

A.模型的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為長短期記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并連接全連接層、BatchNormalization層，Dropout層、Softmax層和sigmoid層，并且采用二階段訓(xùn)練，第一階段判別器用于判別樣本真假和樣本類別，第二階段判別器用于判別樣本類別；

B.將條件標(biāo)簽輸入Embededding層，并將輸入與隨機(jī)噪聲相乘所得的結(jié)果作為生成器的輸入；將樣本數(shù)據(jù)集作為判別器的輸入

C.判別器的輸出為：當(dāng)前輸入樣本屬于K個(gè)相互獨(dú)立的通信狀態(tài)的概率，以及輸入樣本為真或?yàn)榧俚母怕剩凰龅腒個(gè)相互獨(dú)立的通信狀態(tài)，具體包括正常通信狀態(tài)和K-1種攻擊狀態(tài)；

S5.采用步驟S3得到的樣本集對(duì)步驟S4搭建的離散變量量子密鑰分發(fā)攻擊檢測(cè)初步模型進(jìn)行訓(xùn)練，從而得到離散變量量子密鑰分發(fā)攻擊檢測(cè)模型；

S6.在離散變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)工作時(shí)，采用步驟S5得到的離散變量量子密鑰分發(fā)攻擊檢測(cè)模型對(duì)通信過程進(jìn)行檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)離散變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的攻擊檢測(cè)。