[發明專利]一種基于軌道角動量的多用戶雙場QKD網絡系統及方法

在審

• 申請號: 202011596713.0
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112702164A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 郭邦紅;王鵬程;胡敏
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B10/70
• 代理公司: 廣州圣理華知識產權代理有限公司 44302
• 代理人: 胡小英;李唐明

1.一種基于軌道角動量的多用戶雙場QKD網絡系統，其特征在于，包括2N個發送端、兩個波長路由器和N個測量端，其中發送端和測量端之間通過量子信道連接；

所述發送端包括依順序連接的可變波長激光器、強度調制器、相位調制器、隨機數發生器和空間光調制器，可變波長激光器產生特定波長的光后傳輸到強度調制器對其強度進行調制，強度調制后將其傳輸到相位調制器中進行相位調制，其中強度調制器和相位調制器由隨機數產生器控制，相位調制結束后將光傳輸至空間光調制器，對其進行軌道角動量信息的加載后輸出至波長路由器；

所述N個測量端包括N個分束器和2N個探測器，所述兩個波長路由器均與N個分束器連接，一個分束器與兩個探測器連接；2N個發送端中，N個發送端發出的光進入其中一個波長路由器，剩下的N個發送端發出的光進入另外一個波長路由器，波長路由器根據輸入光的波長將其從特定波長端口輸出至指定的分束器，分束器對接收的光進行單光子干涉，根據干涉結果的不同，探測器發出相應的響應。

2.根據權利要求1所述的一種基于軌道角動量的多用戶雙場QKD網絡系統，其特征在于，所述2N個發送端包括N個第一發送方和N個第二發送方。

3.根據權利要求2所述的一種基于軌道角動量的多用戶雙場QKD網絡系統，其特征在于，所述2N個發送端采用單光子源。

4.根據權利要求1所述的一種基于軌道角動量的多用戶雙場QKD網絡系統，其特征在于，每增加一個用戶，則增加一個發送端和一個與之對應的測量端。

5.根據權利要求1所述的一種基于軌道角動量的多用戶雙場QKD網絡系統，其特征在于，通信的雙方在進行通信前選擇相同波長的光進行通信。

6.根據權利要求1所述的一種基于軌道角動量的多用戶雙場QKD網絡系統，其特征在于，測量端將探測器響應結果通過經典信道發送至通信雙方，通信雙方根據探測結果各自獲得原始密鑰信息；選擇原始密鑰信息的一部分估計誤碼率，若誤碼率高于安全閾值，則可能存在竊聽風險，通信雙方放棄本次通信，重新啟動下一次密鑰分發。

7.根據權利要求6所述的一種基于軌道角動量的多用戶雙場QKD網絡系統，其特征在于，所述誤碼率在設定的安全閾值下，通信雙方對生成的密鑰進行數據處理，最終獲得n比特相同的安全密鑰；其中，數據處理包括數據協商和保密增強。

8.權利要求1-7任一所述的基于軌道角動量的多用戶雙場QKD網絡系統的通信方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：選擇通信光波長；由需要進行通信的雙方在通信前進行協商，選擇相同波長的光進行通信；

步驟二：制備傳送所需的光子；通信的雙方各自制備加載了相位和軌道角動量的光子；

步驟三：信息傳輸；通信的雙方通過量子信道將制備的光子發送到波長路由器，并由波長路由器將光子發送至同一第三方測量端進行測量；

步驟四：密鑰協商；通信雙方的光子在第三方測量端發生單光子干涉，進而觸發不同的探測器發生響應，第三方測量端通過經典信道向通信雙方公開探測器響應的結果；根據協議規則和探測器的響應結果，通信雙方獲得長度相同的原始密鑰；

步驟五：竊聽檢測；通信雙方公開部分密鑰用來進行竊聽檢測，如果得出的誤碼率高于設定的安全閾值，則可以選擇中止本輪協議，并再次重新開始；

步驟六：數據處理；獲取步驟五的竊聽檢測結果，根據竊聽檢測結果，若誤碼率低于或等于設定的安全閾值，則可進行數據處理得到最終的安全密鑰。

9.根據權利要求8所述的一種基于軌道角動量的多用戶雙場QKD網絡系統的通信方法，其特征在于，在所述步驟六中，數據處理包括糾錯和保密增強。