用于检测量子通信系统安全性的装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于检测量子通信系统安全性的装置及检测方法，所述装置包括：第一保偏耦合器、第二保偏耦合器、法拉第旋转器和延迟线；第一保偏耦合器的输入端与通信系统内光信号的发送端连接，第一输出端与法拉第旋转器的一端连接，法拉第旋转器的另一端与第二保偏耦合器的第一输入端连接；法拉第旋转器用于改变所述第二光信号的偏振态，以模拟所述通信系统受到窃听；第二输出端与延迟线的一端连接，延迟线的另一端与第二保偏耦合器的第二输入端连接；第二保偏耦合器的输出端与通信系统内光信号的接收端连接。从接收端接收光信号错误率的变化的角度发现信道中是否存在窃听，而不是从计数率上发现窃听的存在，从根本上确定通信系统的安全性。

【技术实现步骤摘要】
用于检测通信系统安全性的窃听装置及检测方法
本专利技术涉及通信
，更具体地，涉及用于检测通信系统安全性的窃听装置及检测方法。
技术介绍
量子通信技术与传统通信技术相比，具有如下主要特点和优势：具有极高的安全性和保密性，根据量子不可克隆定理，量子信息一经检测就会产生不可还原的改变，如果量子信息在传输中途被窃取，接收者必定能发现。量子通信的传输能力强，与传播媒介无关，并且信息的传输不会被任何障碍阻隔，量子通信还能穿越大气层，既可在太空中通信，又可在海底通信，还可在光纤等介质中通信。目前，量子通信的绝对安全性已经在理论上获得严格证明，但是在实际通信过程中使用的器件例如光子源、探测器等很难满足理想条件，量子通信系统的实际安全性并不能得到保证，因此检测量子通信系统安全性十分必要。为了满足实际中量子通信系统的绝对安全性，量子通信系统必须能够准确识别出来自第三方的窃听，这一点目前鲜有人研究，主要是由于当前技术水平的限制。但是随着量子通信技术的快速发展，量子通信系统安全性问题的重要性逐渐凸显，所以现急需在当前的技术下设计出针对量子通信系统的第三方窃听装置，如果这种窃听可以被量子通信系统检测或识别到，则可证明量子通信系统的通信是安全的。现有技术中通常采用截获重发式的窃听方式检测通信系统的安全性。对于截获重发式的窃听，窃听方在窃听装置截获通信系统中发送方传输的光子之后需要进行测量，并根据测量结果制备新的光子发送给通信系统中接收方。由于测量选用的装置通常为单光子探测器，而单光子探测器的探测效率过低，仅为截获到的光子总量中的10％左右，这将会导致制备出的新的光子也仅为截获到的光子总量中的10％左右，通过这种方式直接进行光子截获并将制备出的新的光子发送给通信系统中接收方，会导致接收方的光子计数率大幅降低，从而导致窃听被发现。但是上述方法中，导致通信系统发现被窃听的直接原因是由于窃听方采用的单光子探测器本身的原因，虽然发现被窃听，但这并不能确定该通信系统是否安全，即该通信系统的安全性依然无法得到准确的判断。
技术实现思路
为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本专利技术提供了一种用于检测通信系统安全性的窃听装置及检测方法。一方面，本专利技术提供了一种用于检测通信系统安全性的窃听装置，包括：第一保偏耦合器、第二保偏耦合器、法拉第旋转器和延迟线；所述第一保偏耦合器的输入端与所述通信系统内光信号的发送端连接，所述第一保偏耦合器用于获取所述通信系统内的光信号，并将所述光信号分为第一光信号和第二光信号，所述第一光信号由所述第一保偏耦合器的第一输出端射出，所述第二光信号由所述第一保偏耦合器的第二输出端射出；所述第一输出端与所述法拉第旋转器的一端连接，所述法拉第旋转器的另一端与所述第二保偏耦合器的第一输入端连接；所述法拉第旋转器用于改变所述第二光信号的偏振态，以模拟所述通信系统受到窃听；所述第二输出端与所述延迟线的一端连接，所述延迟线的另一端与所述第二保偏耦合器的第二输入端连接；所述第二保偏耦合器的输出端与所述通信系统内所述光信号的接收端连接。另一方面，本专利技术提供了一种检测通信系统安全性的检测方法，包括：获取所述通信系统的发送端发送的光信号，并将所述光信号分为第一光信号和第二光信号；改变所述第一光信号的偏振态，以模拟所述通信系统受到的窃听模式，并调整所述第二光信号的光程，以使改变偏振态后的第一光信号的光程与调整后的第二光信号的光程相等；若判断获知所述通信系统内的接收端识别出接收到的光信号与所述发送端发送的光信号不同，则确定所述通信系统安全。本专利技术提供的一种用于检测通信系统安全性的窃听装置及检测方法，通过第一保偏耦合器、第二保偏耦合器、法拉第旋转器和延迟线共同组成窃听装置，用以精确模拟量子截获重发的窃听模式，本专利技术从接收端接收光信号的错误率的变化的角度发现信道中是否存在窃听，而并非现有技术中的从计数率上发现窃听的存在，从根本上确定通信系统的安全性。同时，本专利技术是在对计数率、脉冲时序以及其他各种通信相关的参数不造成影响的前提下，将窃听模式反映在接收端接收光信号的错误率上，相较于目前已知的技术来说能够较为理想的模拟量子通信协议安全分析中的窃听效果。而且该装置不会造成光信号的大量损失，整个装置的损耗仅包括各个器件的插入损耗。附图说明图1为本专利技术一实施例提供的主量子通信系统主要为量子密钥分发通信系统的结构示意图；图2为本专利技术一实施例提供的一种用于检测通信系统安全性的窃听装置的结构示意图；图3为本专利技术另一实施例提供的一种基于图2所述的窃听装置检测通信系统安全性的检测方法的流程示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。在通信系统受到量子截获重发攻击，即通信系统被窃听存在安全性问题时，由于窃听端首先需要截获通信系统中发送端发送的光脉冲信号，并任意选取两个非正交基底之一进行测量，依据测量结果制备新的光脉冲信号发送给通信系统的接收端。这种窃听方式有两种明显的特征：一是由于基底的任意选择，窃听不可避免的会给接收端造成错误进而被通信系统识别出，这主要通过接收端接收光信号的错误率上升来体现；二是根据窃听端截获的光脉冲信号占信道总光脉冲信号量的比例不同，即窃听程度或窃听级别不同，造成错误率的大小也不同。本专利技术为了精确模拟截获重发装置以实现对通信系统安全性的检测，提供了一种用于检测通信系统安全性的窃听装置，主要从这两个方面出发，以改变通信系统中光脉冲信号的偏振态来模拟对通信系统的窃听模式。需要说明的是，本专利技术中的通信系统是基于偏振编码的通信系统。具体可以为基于偏振编码的量子通信系统，但并不限于此，只要是通过光脉冲进行信息传输的基于偏振编码的通信系统即可。以下以基于偏振编码的量子通信系统为例。本专利技术中所述的接收端接收光信号的错误率是指接收端接收的光信号中与发送端发送的光信号不同的光信号所占比例。在介绍本专利技术提供的用于检测通信系统安全性的窃听装置之前，首先对基于偏振编码的主量子通信系统的基本原理进行简介，原理图如图1所示。图1所示的主量子通信系统主要为量子密钥分发通信系统，其中信息发送端(Alice)和信息接收端(Bob)之间利用单光子作为信息载体建立量子信道，采用光子的四种偏振态进行编码。由信息发送端(Alice)随机制备处于0°、45°、90°和135°四种偏振态的光子发送给信息接收端(Bob)，其中0°和45°光子对应二进制编码信息0，90°和135°光子对应二进制编码信息1。0°和90°是一组相互正交的线偏振态，称为直角基底；45°和135°是另一组相互正交的线偏振态，称为斜角基底，直角基底和斜角基底互不正交，属于两个非正交基底。通信系统中光子进入Bob端后首先通过一个偏振控制器，作用是补偿光纤及其他器件带来的偏振漂移，即导致光子的偏振态偏离0°、45°、90°、135°。进行补偿时，Alice发送给Bob一串随机编码的光子，双方通过公开信道比对光子的偏振态获得漂移的程度，以此确定偏振控制器需要补偿的程度。信息接收端(Bob)利用两个光开关和其间设置的45°旋转器随机选取两个非正交基底中的一个对接收到的光子进行测量。采用探测器1和探测器2分别进行测量，并用记录器记录测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测通信系统安全性的窃听装置，其特征在于，包括：第一保偏耦合器、第二保偏耦合器、法拉第旋转器和延迟线；所述第一保偏耦合器的输入端与所述通信系统内光信号的发送端连接，所述第一保偏耦合器用于获取所述通信系统内的光信号，并将所述光信号分为第一光信号和第二光信号，所述第一光信号由所述第一保偏耦合器的第一输出端射出，所述第二光信号由所述第一保偏耦合器的第二输出端射出；所述第一输出端与所述法拉第旋转器的一端连接，所述法拉第旋转器的另一端与所述第二保偏耦合器的第一输入端连接；所述法拉第旋转器用于改变所述第二光信号的偏振态，以模拟所述通信系统受到窃听；所述第二输出端与所述延迟线的一端连接，所述延迟线的另一端与所述第二保偏耦合器的第二输入端连接；所述第二保偏耦合器的输出端与所述通信系统内所述光信号的接收端连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于检测通信系统安全性的窃听装置，其特征在于，包括：第一保偏耦合器、第二保偏耦合器、法拉第旋转器和延迟线；所述第一保偏耦合器的输入端与所述通信系统内光信号的发送端连接，所述第一保偏耦合器用于获取所述通信系统内的光信号，并将所述光信号分为第一光信号和第二光信号，所述第一光信号由所述第一保偏耦合器的第一输出端射出，所述第二光信号由所述第一保偏耦合器的第二输出端射出；所述第一输出端与所述法拉第旋转器的一端连接，所述法拉第旋转器的另一端与所述第二保偏耦合器的第一输入端连接；所述法拉第旋转器用于改变所述第二光信号的偏振态，以模拟所述通信系统受到窃听；所述第二输出端与所述延迟线的一端连接，所述延迟线的另一端与所述第二保偏耦合器的第二输入端连接；所述第二保偏耦合器的输出端与所述通信系统内所述光信号的接收端连接。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一保偏耦合器和所述第二保偏耦合器均为分光比可调的保偏耦合器。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一光信号占所述光信号的比例...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙桂鲁，殷柳国，解孟雨，朱坤托，戚若阳，孙臻，郝文涛，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11