一种量子通讯保密的方法及其系统技术方案

技术编号:15120096 阅读:86 留言:0更新日期:2017-04-09 18:42
一种量子通讯保密的方法及其系统,Alice端包括:看门狗探测器、光衰减器、相位调制器、反射镜、控制器和光子发射器;Bob端包括:激光器、时分复用/解复用系统、相位调制器、单光子探测器、控制器、光开关和反射镜。本发明专利技术的优点在于:(1)实现双向、稳定、安全的量子密钥分发,可对单光子的极化和相位变化进行自动补偿,达到稳定长距离的传输目的;(2)Alice端采用看门狗探测器,一方面,通过测量到达或离开Alice端的弱脉冲个数,可探测到木马攻击和中间人攻击,极大地提升了通讯安全性;另一方面,极大地提升了系统的通信速率和通信距离;(3)Alice端和Bob端可分别调整和校正,能独立选择μ,不用借助在不安全光纤线路上传播光子,以保证系统安全。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信领域中的量子保密通信的专用设备领域,具体地说是一种双向、稳定、安全的量子通讯保密的方法及其系统
技术介绍
量子通信技术是量子信息科学的一个重要分支,它是以量子态作为信息单元,利用量子力学的一些原理来传输和保护信息,通常把通信双方以量子态为信息载体,利用量子力学原理,通过量子信道传输,在保密通信双方之间建立共享密钥的方法,称为量子密钥分配(Quantum Key Distribution-QKD),其安全性是由量子力学中的“海森堡测不准关系”及“单量子不可复制定理”或纠缠粒子的相干性和非局域性等量子特性来保证的。QKD是保证通信安全性的重要环节,其能让通信双方共享一个无条件安全密钥,因为量子机制就能保证安全,密钥能在之后用来一次性地加密和解密消息,如何提高QKD系统的安全性以抵御外界的攻击是量子通信技术研究的重要内容。目前,窃听者Eve的攻击可分为:(1)木马攻击,通过保持Bob端到Alice端再到Bob端的信号保持不变,加入一个探测信号,在木马攻击中,窃听者借助量子信道的分接头向Alice端发射一个较弱和短的定时探测脉冲,使它能恰好赶上或接近Bob端向Alice端发送的一个脉冲,以获得Alice端加到脉冲里的相位信息的时刻并发送到Alice端的相位调制器,这样Bob端传给Alice端的信号在Alice端进行调制并传回Bob端就保持未被探测信号影响的状态;(2)“中间人”攻击,即阻挡从Bob端到Alice端再到Bob端的信号并改变,在“中间人”攻击中,Eve在Alice端和Bob端中间放置的装置假装是其中之一,并能在适当的频率和时间上向Alice端发送弱信号来获取相位调制器的设置信息,Eve制出Alice端调制信号的副本传到光纤上,这样Bob端接收到的信号好像是经过认证的。在现有技术中,国外有采用“即插即用”的QKD系统,但此系统由于背向瑞利散射限制了密钥分配速率,往返式的密钥传输方式也无法抵御木马攻击和中间人攻击。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术的主要目的在于提供一种双向、稳定、安全的量子通讯保密的方法及其系统。为达到上述目的,本专利技术的技术方案是这样实现的:一种量子通讯保密系统,包括Alice端和Bob端,所述的Alice端包括:看门狗探测器,其与光开关相连,用于监控离开或进入Alice端的光信号;光衰减器,其与光开关相连,用于衰减脉冲;相位调制器,其与光衰减器相连,用于对脉冲进行相位调制;反射镜,用于反射通过相位调制器从发射密钥编码站来的辐射脉冲;控制器,其与相位调制器耦合,用于给相位调制器一个初始的门信号来激活相位调制器调制脉冲;-->光子发射器,其与光衰减器和控制器相连,用于发射光脉冲。所述的Bob端包括:激光器,用于发射光脉冲;时分复用/解复用系统,用于接收从激光器发射的脉冲,并把每个脉冲分成两个时分复用脉冲在输出端输出,以及接收从Alice端来的一对时分复用脉冲,并将其合成一个脉冲,在输出端输出;相位调制器,其与时分复用/解复用系统相连,用于对光脉冲进行相位调制;单光子探测器,其与时分复用/解复用系统相连,用于监控离开或进入Bob端的光脉冲;控制器,其与相位调制器耦合,用于给相位调制器一个初始的门信号来激活相位调制器调制脉冲;光开关,其与相位调制器相连;反射镜,其与光开关相连,用于反射通过相位调制器从发射密钥编码站来的辐射脉冲。所述的看门狗探测器为升频单光子探测器。所述的单光子探测器为Si-APD、Ge-APD或InGaAs-APD。一种量子通讯保密方法,包括发射自校正方法、接收自校正方法和安全验证方法,其特征在于所述的发射自校正方法包括以下步骤:①将激光衰减为弱相干光脉冲;②对脉冲进行相位调制;③对脉冲进行衰减至单量子态进行发射;④独立选择平均光子数μ进行校正;所述的接收自校正方法包括以下步骤:①接收光脉冲量子码,并将光脉冲分成两个强度大小不同的光脉冲P1、P2分别进行反射;②使两个光脉冲在反射过程中的相位差和光程差满足:③根据两个光脉冲的相位特性进行干涉,并根据干涉结果决定光子所携带的信号,当两光脉冲有同样相移,则保留,测量结果为“0”,如出现π相位差,测量结果为“1”;④根据测量结果建立随机秘密的序列0,1作为密码本;⑤独立选择平均光子数μ进行校正;所述的安全验证方法包括以下步骤:①当Bob端和Alice端在建立量子密钥期间初始化弱脉冲交换时,看门狗探测器统计从Bob端传到Alice端的脉冲数和离开Alice端到Bob端的脉冲数;②将脉冲数与每个时间间隔内的平均光子数μ进行比较;③如果脉冲数超过设定值,则断定有窃听者加入了额外脉冲。所述的发射自校正方法的步骤④具体如下:通过控制器激活光子发射器,利用光开关加以控制,建立光子发射器和看门狗探测器之间的光路,以独立Bob之外对看门狗探测器进行校正。-->所述的接收自校正方法的步骤⑤具体如下:Bob通过光开关将脉冲反射到反射镜,再经相位调制器到达单光子探测器,单光子探测器给控制器发送一个含有单光子探测器独自进行校正的信息的校正信号。所述的平均光子数μ=0.1。本专利技术相对于现有技术具有以下突出的实质性特点和显著的进步:1、实现双向、稳定、安全的量子密钥分发,优于单向量子密钥分配系统,可对单光子的极化和相位变化进行自动补偿,达到稳定长距离的传输目的。2、将升频单光子探测器用于Alice端作为看门狗,一方面,通过测量到达或离开Alice端的弱脉冲个数,可探测到木马攻击和中间人攻击,极大地提升了通讯安全性;另一方面,极大地提升了系统的通信速率和通信距离。3、Alice端和Bob端可分别调整和校正,能独立选择μ,不用借助在不安全光纤线路上传播光子,以保证系统安全。附图说明图1为本专利技术的系统结构图;图2为应用升频探测器的理想通信模型;图3为升频探测器的暗计数和泵浦的变化关系;图4为升频探测器量子效率随泵浦功率的变化关系。具体实施方式如图1所示,本专利技术的量子通讯保密系统包括Alice端和Bob端,所述的Alice端包括:看门狗探测器21,其与光开关20相连,用于监控离开或进入Alice端的光信号;光衰减器24,其与光开关20相连,用于衰减脉冲;相位调制器23,其与光衰减器24相连,用于对脉冲进行相位调制;反射镜22,用于反射通过相位调制器23从发射密钥编码站来的辐射脉冲;控制器25,其与相位调制器23耦合,用于给相位调制器23一个初始的门信号来激活相位调制器23调制脉冲;光子发射器26,其与光衰减器24和控制器25相连,用于发射光脉冲。所述的Bob端包括:激光器10,用于发射激光脉冲;时分复用/解复用系统18,用于接收从激光器10发射的脉冲,并把每个脉冲分成两个时分复用脉冲在输出端输出,以及接收从Alice端来的一对时分复用脉冲,并将其合成一个脉冲,在输出端输出;相位调制器13,其与时分复用/解复用系统18相连,用于对光脉冲进行相位调制;单光子探测器15,其与时分复用/解复用系统18相连,用于监控离开或进入Bob端的光脉冲;控制器16,其与相位调制器13耦合,用于给相位调制器13一个初始的门信号来激活相位调制器13调制脉冲;光开关12,其与相位调制器13相连;反射镜14,其与光开关12相连,用于反射通过相位调制器13本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种量子通讯保密系统,包括Alice端和Bob端,其特征在于:所述的Alice端包括:看门狗探测器(21),其与光开关(20)相连,用于监控离开或进入Alice端的光信号;光衰减器(24),其与光开关(20)相连,用于衰减脉冲;相位调制器(23),其与光衰减器(24)相连,用于对脉冲进行相位调制;反射镜(22),用于反射通过相位调制器(23)从发射密钥编码站来的辐射脉冲;控制器(25),其与相位调制器(23)耦合,用于给相位调制器(23)一个初始的门信号来激活相位调制器(23)调制脉冲;光子发射器(26),其与光衰减器(24)和控制器(25)相连,用于发射光脉冲;所述的Bob端包括:激光器(10),用于发射激光脉冲;时分复用/解复用系统(18),用于接收从激光器(10)发射的脉冲,并把每个脉冲分成两个时分复用脉冲在输出端输出,以及接收从Alice端来的一对时分复用脉冲,并将其合成一个脉冲,在输出端输出;相位调制器(13),其与时分复用/解复用系统(18)相连,用于对光脉冲进行相位调制;单光子探测器(15),其与时分复用/解复用系统(18)相连,用于监控离开或进入Bob端的光脉冲;控制器(16),其与相位调制器(13)耦合,用于给相位调制器(13)一个初始的门信号来激活相位调制器(13)调制脉冲;光开关(12),其与相位调制器(13)相连;反射镜(14),其与光开关(12)相连,用于反射通过相位调制器(13)从发射密钥编码站来的辐射脉冲。...

【技术特征摘要】
1.一种量子通讯保密系统,包括Alice端和Bob端,其特征在于:所述的Alice端包括:看门狗探测器(21),其与光开关(20)相连,用于监控离开或进入Alice端的光信号;光衰减器(24),其与光开关(20)相连,用于衰减脉冲;相位调制器(23),其与光衰减器(24)相连,用于对脉冲进行相位调制;反射镜(22),用于反射通过相位调制器(23)从发射密钥编码站来的辐射脉冲;控制器(25),其与相位调制器(23)耦合,用于给相位调制器(23)一个初始的门信号来激活相位调制器(23)调制脉冲;光子发射器(26),其与光衰减器(24)和控制器(25)相连,用于发射光脉冲;所述的Bob端包括:激光器(10),用于发射激光脉冲;时分复用/解复用系统(18),用于接收从激光器(10)发射的脉冲,并把每个脉冲分成两个时分复用脉冲在输出端输出,以及接收从Alice端来的一对时分复用脉冲,并将其合成一个脉冲,在输出端输出;相位调制器(13),其与时分复用/解复用系统(18)相连,用于对光脉冲进行相位调制;单光子探测器(15),其与时分复用/解复用系统(18)相连,用于监控离开或进入Bob端的光脉冲;控制器(16),其与相位调制器(13)耦合,用于给相位调制器(13)一个初始的门信号来激活相位调制器(13)调制脉冲;光开关(12),其与相位调制器(13)相连;反射镜(14),其与光开关(12)相连,用于反射通过相位调制器(13)从发射密钥编码站来的辐射脉冲。2.如权利要求1所述的量子通讯保密系统,其特征在于:所述的看门狗探测器(21)为升频单光子探测器。3.如权利要求2所述的量子通讯保密系统,其特征在于:所述的单光子探测器(15)为Si-APD、Ge-APD或InGaAs-APD。4.一种采用权利要求1所述系统的量子通讯保密方法,其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员:焦荣珍韩清瑶唐少杰马海强
申请(专利权)人:北京邮电大学
类型:发明
国别省市:北京;11

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