[發明專利]接收設備、QKD系統及量子通信方法

在審

• 申請號: 202011470593.X
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN114629629A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 湯艷琳;趙梅生;李東東;孫劍;王泉;唐世彪
• 申請（專利權）人: 科大國盾量子技術股份有限公司;上海國盾量子信息技術有限公司
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B10/70;H04B10/50;H04B10/60
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 姚璐華

本發明技術方案公開了一種接收設備、QKD系統及量子通信方法，通過設置在QKD系統的接收設備中的控制器，可以配置所述QKD系統的接收設備中檢測光路的開關時間，基于所述開關時間下所述檢測光路對相位量子態的檢測結果，判斷是否滿足防護處理條件，以確定是否存在所述QKD系統的可能的安全風險，基于判斷結果，執行防護措施，解決相位態無效的非干涉峰造成的不同探測器的探測效率不一致的影響。

技術領域

本發明涉及量子保密通信技術領域，更具體的說，涉及一種接收設備、QKD(Quantum Key Distribution，量子密鑰分發)系統及量子通信方法。

背景技術

QKD技術具有理論上無條件的安全性而廣受關注。然而理論安全性與實際設備的現實安全性不能完全等價。設備中使用的真實物理器件往往并不完美，其物理特性通常會不同程度的偏離理論描述，為QKD設備帶來潛在的安全隱患。

1984年，第一個QKD協議也就是著名的BB84協議提出以來，QKD因為在原理上具有的無條件安全性而獲得了廣泛專注，引發了信息安全的技術革命。QKD的優勢，是可以從物理上而不是數學上，保證通信雙方共享對稱密鑰是信息論安全的，而不依賴于計算復雜性的要求和假設，能夠免疫任何計算機性能提升的安全威脅。而且經過這么多年的理論發展，已經經過了理論上的嚴格安全證明，所得到的結論都是一致的，那就是QKD的確能夠從理論上實現信息論安全的密鑰分發。

在這之后，QKD逐漸從實驗室驗證、短距離、低成碼率的QKD模型，發展成為現實環境、遠距離，以及高成碼率高穩定性的實用系統。但是在現實條件下，QKD協議在實際設備中的安全性，還依賴于其安全性證明中所涉及的設備模型的實施和驗證。如果這些器件和模型之間有哪怕微小的偏差，那么也將給實際QKD系統帶來安全性隱患。

QKD實際系統的編碼方案包括常規的偏振編碼、相位編碼，也有近幾年逐漸發展起來的的時間相位編碼。相位系統或者時間相位系統相比偏振系統而言，接收設備中解碼模塊的一個不同之處在于一般存在非干涉峰的探測成分。對非干涉峰的處理如果不得當，則會造成安全隱患。例如，如果攻擊者利用強光攻擊發送時間態Z0態到接收端，接收端的非干涉峰位置(如圖2的第一時刻τ₀位置)接收到強光造成單光子探測器必然有探測，而由于非干涉峰之后的干涉峰位置(如圖2的第二時刻τ₁位置)落在非干涉峰位置之后的死時間內，因此不會有有效探測。非干涉峰一般情況是無效探測會被QKD接收端丟棄，因此也不會留下攻擊痕跡。總體而言，攻擊者發送強光的時間態Z0態使得接收端的相位基矢不會留下痕跡也就不會造成相應的誤碼。利用這個特點，攻擊者可以實施類似針對偏振系統的死時間攻擊獲取密鑰。廣義地說，相位態無效的非干涉峰位置的探測對相位態有效的干涉峰位置探測的影響，和對時間態的有效位置探測的影響如果不一致，就會造成某一周期的不同探測器的探測效率不一致。因此，如何針對本攻擊進行有效防護并減小對系統成碼率的影響，解決相位態無效的非干涉峰造成的不同探測器的探測效率不一致的影響，是一個亟待解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本申請提供了一種接收設備、QKD系統及量子通信方法，方案如下：

一種QKD系統的接收設備，包括：

檢測光路，所述檢測光路用于隨機選擇檢測入射光信號的相位量子態或是時間量子態；

控制器，所述控制器用于配置所述檢測光路在當前系統周期的開關時間，基于所述開關時間下相位量子態的非干涉峰檢測結果，判斷是否滿足防護處理條件，基于判斷結果執行防護措施。

優選的，在上述接收設備中，所述檢測光路包括：

相位量子態檢測支路，所述相位量子態檢測支路具有用于檢測相位量子態的探測器；

時間量子態檢測支路，所述時間量子態檢測支路具有用于檢測時間量子態的探測器；