[發明專利]基于差分相移的連續變量量子密鑰分發系統及方法

有效

• 申請號: 202011554404.7
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112511300B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 黃端;杜鴻瑋
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08
• 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

1.一種基于差分相移的連續變量量子密鑰分發系統，其特征在于包括量子密鑰發送端、光纖信道和量子密鑰接收端；量子密鑰發送端連接光纖信道，光纖信道連接量子密鑰接收端；量子密鑰發送端產生脈沖激光，并將脈沖激光進行隨機相位調制，同時進行信號衰減，得到調制好的量子信號；光纖信道將量子密鑰發送端調制好的量子信號發送至量子密鑰接收端；量子密鑰接收端將接收到的量子信號進行正交分量X和正交分量P的隨機選擇，提取本振光用于時鐘同步，然后進行平衡零差探測得到結果，同時量子密鑰接收端將輸出信號進行后處理；

量子密鑰發送端包括連續脈沖激光器、第一電光強度調制器、第二電光強度調制器、第一電光相位調制器、第一分束器、第二電光相位調制器、第一可調衰減器、第二可調衰減器、第一延長線和偏振耦合器；連續脈沖激光器、第一電光強度調制器、第二電光強度調制器、第一電光相位調制器、第一分束器、第二電光相位調制器、第一可調衰減器和偏振耦合器依次串接；第一分束器的第二輸出端連接第二可調衰減器的輸入端，第二可調衰減器的輸出端通過第一延長線連接偏振耦合器的第二輸入端；偏振耦合器的輸出端為量子密鑰發送端的輸出端；連續脈沖激光器，用于產生脈沖激光，并發送至第一電光強度調制器；第一電光強度調制器，用于對連續脈沖激光器產生的相干光進行脈沖調制，同時輸出額定頻率的脈沖相干光信號；第二電光強度調制器，用于對第一電光強度調制器輸出的相干激光進行振幅調制，使得調制后的光信號滿足瑞利分布；第一電光相位調制器，用于對第二電光強度調制器輸出的光信號進行相位調制，使得調制后的光信號滿足均勻分布，同時經過第二電光強度調制器和第一電光相位調制器的調制后，信號光呈高斯相干態；第一分束器，用于將經過第一電光相位調制器的脈沖激光分為兩束，其中10％的一束為信號光并下發到第二電光相位調制器，90％的一束為本振光并下發到第二可調衰減器；第二電光相位調制器，用于將通過第一分束器分離的信號光進行和的隨機相位調制，并發送至第一可調衰減器，經第二電光相位調制器調制后，光場的正交分量X不變，正交分量P服從高斯分布，正交分量X指光的振幅，正交分量P指光的相位；第一可調衰減器將接收的信號光能量衰減至量子水平，變成若相干光，并發送至偏振耦合器；第二可調衰減器用于將接收到的本振光能量衰減至量子水平，變成弱相干光，并通過第一延長線發送至偏振耦合器；第一延長線采用保偏光纖，用于時間復用，避免信號光和本振光之間在傳輸過程中可能發生的任何偏振和相位漂移；偏振耦合器，用于將量子水平的信號光與通過第一分束器分離的本振光耦合至一條光纖上，并通過量子信道傳輸至接收端；

量子密鑰接收端包括第三電光相位調制器、偏振分束器、第二延長線、第二分束器、第三分束器、第四分束器、第一延遲干涉儀、第二延遲干涉儀、第一零差檢測器、第二零差檢測器和檢測模塊；第三電光相位調制器接收光纖信道發送的量子信號，并將量子信號發送到偏振分束器；偏振分束器的第一輸出端通過第二延長線將信號發送給第三分束器，偏振分束器的第二輸出端將信號發送給第二分束器；第三分束器將信號分別發送給第一延遲干涉儀和第二延遲干涉儀；第二分束器將信號分別發送給第四分束器和檢測模塊；第一延遲干涉儀和第四分束器將信號發送到第二零差檢測器中；第二延遲干涉儀和第四分束器將信號發送到第一零差檢測器中；其中第三電光相位調制器，用于選擇測量正交分量X和正交分量P，并對接收的量子信號進行相位調制；偏振分束器，用于將接收到的量子信號分離為兩束光，10％的一束為信號光并通過第二延長線下發到第三分束器中，90％的一束為本振光并下發到第二分束器中；第二延長線采用保偏光纖，避免信號光和本振光之間在傳輸過程中可能發生的任何偏振和相位漂移；第二分束器，用于將接收的本振光分為兩束同頻同相且偏振方向相同的子本振光，一束子本振光發送至第四分束器，另一束子本振光發送至檢測模塊；第三分束器，用于將接收的信號光分為兩束同頻同相且偏振方向相同的子信號光，一束子信號光經過相位差為0的第二延遲干涉儀發送至第一零差檢測器，另一束子信號光經過相位差為的第一延遲干涉儀發送至第二零差檢測器；第四分束器，用于將接收的子本振光分為兩束同頻同相且偏振方向相同的孫本振光，一束孫本振光發送至第一零差檢測器，另一束孫本振光發送至第二零差檢測器；第二延遲干涉儀產生相位差為0的延遲干涉；第一延遲干涉儀產生相位差為的延遲干涉；第一零差探測器，用于對第四分束器上傳的孫本振光和第一延遲干涉儀上傳的光信號進行零差檢測，并將檢測結果發送至檢測模塊；第二零差探測器，用于對第四分束器上傳的孫本振光和第一延遲干涉儀上傳的光信號進行零差檢測；第二分束器輸出的子本振光、第一零差探測器輸出的檢測結果和第二零差探測器輸出的檢測結果均上傳至檢測模塊進行后處理；

利用干涉儀將連續光子序列中相鄰光子對進行干涉，從而提取相鄰光子對間的相位差信息；將干涉儀中的1周期延遲變為2周期或3周期，從而有效增大截取重發攻擊對QKD系統誤碼的影響，使攻擊方的攻擊變得更易于被發現。