一种MDI‑QKD系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种MDI‑QKD系统，包括两用户端以及公共测量端，所述公共测量端设有主激光器，两用户端分别设有与所述主激光器相应的从激光器，在公共测量端还设有用于接收来自各从激光器光信号的探测模块。本实用新型专利技术的量子态制备过程为基于光注入锁定思想使用主从两个激光器共同实现的内调制过程，对于特洛伊木马攻击具有本质的抵御能力。特洛伊木马攻击实现的首要条件为QKD系统结构中量子态制备的各调制器件独立于光源，为外部调制器件，而本实用新型专利技术的量子态制备过程没有外部调制器件，在光源内部实现，破坏了特洛伊木马攻击的实现条件。

【技术实现步骤摘要】
一种MDI-QKD系统
本技术涉及量子通信领域，尤其涉及一种MDI-QKD系统。
技术介绍
量子密钥分发(QKD)原则上提供了基于量子物理定律而不是计算复杂度的无条件安全性，然而由于安全证明的理论假设和现实条件之间的差距，实际QKD系统易受各种攻击。测量子系统是QKD系统最脆弱的部分，其中解码模块、单光子探测器等复杂测量器件上，与编码维度关联的其他若干维度可作为边信道将信息泄露出去。2012年，加拿大的Hoi-KwongLo小组于提出了测量设备无关的量子密钥分发(MDI-QKD)协议，很好地关闭了测量子系统的所有漏洞，并使安全通信的距离提高了一倍。MDI-QKD系统利用时间反演的基于纠缠分发的协议，把测量装置放在不受信任的第三方Charlie，通信双方Alice和Bob各自随机选择基矢编码比特信息和制备光子态，光子态被发送给Charlie进行Bell态测量，并选择正确的测量结果。为了实现Charlie内两光子态良好的干涉效果，系统需要对影响干涉的各种参数进行严格的校准和反馈，包括时间模式、偏振模式以及光谱模式等等。在一般的MDI-QKD系统中，Alice和Bob两者采用独立的激光器，系统需要波长校准模块以保证两者的波长高度一致。在文献Phys.Rev.Lett.111,130501(2013)中，用户端使用移频器每间隔30分钟对两路激光频率差进行校准，保证其低于10MHz水平；文献PHYSICALREVIEWA92,012333(2015)在Alice和Bob边缘放置窄带滤波器，使来自Charlie的光脉冲只有单个光谱模式进入二者的编码模块；文献PHYSICALREVIEWA93,042308(2016)里，作者采用半导体激光器稳频技术，借助分别集成到Alice和Bob光源内部的乙炔气池，将两路光波长锁定在1542.38nm处，确保了10MHz以内的频率差，保证了两路光谱的不可分辨性。但是移频器时分复用的方式降低了系统的成码速率；目前的滤波技术还不能达到1pm量级精度的理想滤波；半导体激光器稳频技术在建立外部参考基准时，不仅需要吸收物质，还需要复杂的反馈控制系统(包括分束模块、光电探测模块、频率伺服系统等)。MDI-QKD协议虽然解决了测量系统的黑客漏洞，但是仍有源端攻击需要考虑，主要包括特洛伊木马攻击、光子数分离攻击等。诱骗态方案弥补了光子数分离攻击的漏洞，而针对特洛伊木马攻击的抵御方案主要依赖于光学器件的性能和对光学器件的复杂控制，因此抵御性能有限。在特洛伊木马攻击中，窃听者在开放的量子信道上向系统发送端或接收端输入木马光束，木马光束经过量子态制备或解调的外部调制器件后，携带上编码或解码信息，在发送端的光源或接收端的探测器端面被反射回来，窃听者分析返回光束的携带信息从而得到密钥信息。现有MDI-QKD系统对Alice和Bob两路光波长校准技术实现复杂或受限于器件性能水平；在量子态制备过程和诱骗态方案的实施通过外部调制器件实现，系统结构复杂，高速编码应用受外部调制器件限制；现有MDI-QKD系统还存在特洛伊木马攻击漏洞。
技术实现思路
本技术提供一种MDI-QKD系统，借助光注入锁定的思想使Alice和Bob的激光器产生关联，两者的光源在产生光脉冲的同时即实现了光波长的内部校准，相比于移频器等外部波长校准模块，在不影响系统正常成码的情况下，实现更为简单。本技术一种MDI-QKD系统，包括两用户端以及公共测量端，所述公共测量端设有主激光器，两用户端分别设有与所述主激光器相应的从激光器，在公共测量端还设有用于接收来自各从激光器光信号的探测模块。本技术的量子态制备过程为基于光注入锁定思想使用主从两个激光器共同实现的内调制过程，不仅减少了外部调制器件的使用，而且对于特洛伊木马攻击具有本质的抵御能力。特洛伊木马攻击实现的首要条件为QKD系统量子态制备的各调制器件独立于光源为外部调制器件，而本技术的量子态制备过程不需外部调制器件，在光源内部即可实现，这破坏了特洛伊木马攻击的实现条件。所述探测模块包括：分束器，两用户端的从激光器所发送的光信号经由该分束器发生干涉；两个单光子探测器，分别接收和探测来自所述分束器的两路干涉结果。两从激光器所发送的光信号经干涉后，进入所述两个单光子探测器，根据各单光子探测器的信号响应，再进行后续的数据处理，完成量子密钥的分发。作为优选，主激光器发送的光信号经由所述分束器分为两路，分别进入对应的从激光器。主激光器发送的光信号以及从激光器返回的光信号均通过该分束器，可实现光路的简化。作为优选，用户端中，所述从激光器的输出端连接有可调光衰减器。从激光器输出的光信号通过可调光衰减器调控到适宜的强度。作为优选，公共测量端中设有两个偏振控制器，两从激光器光信号分别经对应的偏振控制器后进入所述分束器。这样可以保证来自两从激光器光信号在发生干涉前偏振方向一致。作为优选，公共测量端中设有光纤环形器，两个单光子探测器中的一者与所述主激光器通过该光纤环形器接入所述分束器的同一端口。主激光器发送光信号时，通过光纤环形器进入分束器进而分为两路，而两从激光器返回的光信号，在分束器处干涉后，一路进入其中一单光子探测器，另一路经由光纤环形器进入另一单光子探测器。作为优选，MDI-QKD系统中还设有同步环路，相对于公共测量端与任一用户端之间，该同步环路通过两个光路节点分成第一光路和第二光路，主激光器发送的光信号经由第一光路进入从激光器，从激光器发送的光信号经由第二光路返回主激光器侧。光信号在往返于公共测量端与任一用户端之间，其路程可近似为第一光路与第二光路之和，即为完整的同步环路，这样可以保证两用户端从激光器发送的光信号可同时到达公共测量端的分束器以发生干涉。为了简化光路，作为优选，所述光路节点包括：位于公共测量端中的所述分束器；位于各用户端中的路径选择模块；两用户端的路径选择模块之间通过同步支路相连。作为优选，同一用户端中，路径选择模块设置在可调光衰减器的输出端一侧。通过以上设置可见，在所述分束器以及两个路径选择模块之间构成同步环路，就某一用户端而言：当前用户端的路径选择模块与分束器之间作为第一光路；当前用户端的其路径选择模块、同步支路、另一用户端的路径选择模块与分束器之间作为第二光路。由于公共测量端与任一用户端之间，往返的光信号都要历经完整的同步环路，因此第一光路和第二光路之间的长短关系并没有严格限制。同理，就某一用户端而言：当前用户端的路径选择模块与分束器之间作为第二光路；当前用户端的其路径选择模块、同步支路、另一用户端的路径选择模块与分束器之间作为第一光路。就光信号的单程而言，第二光路和第一光路是可以互换的，因为并不影响整个同步环路的行程。作为优选，所述路径选择模块包括三个外接端口，分别与所述第二光路、第一光路以及所在用户端的从激光器相连。在没有特殊说明下，本技术中的连接包括直接相连和间接相连；直接相连可理解为中间不设置其他部件，间接连接可理解为经由至少一个其他部件相连，例如从激光机输出端经由可调光衰减器在与路径选择模块的其中一个外接端口相连，这里就可以理解为间接相连。作为优选，所述路径选择模块包括依次连接的三个光纤环形器，每个光纤环形器均具有三个端口，其中：第一光纤环形器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MDI‑QKD系统，包括两用户端以及公共测量端，其特征在于，所述公共测量端设有主激光器，两用户端分别设有与所述主激光器相应的从激光器，在公共测量端还设有用于接收来自各从激光器光信号的探测模块。

【技术特征摘要】
1.一种MDI-QKD系统，包括两用户端以及公共测量端，其特征在于，所述公共测量端设有主激光器，两用户端分别设有与所述主激光器相应的从激光器，在公共测量端还设有用于接收来自各从激光器光信号的探测模块。2.如权利要求1所述的MDI-QKD系统，其特征在于，所述探测模块包括：分束器，两用户端的从激光器所发送的光信号经由该分束器发生干涉；两个单光子探测器，分别接收和探测来自所述分束器的两路干涉结果。3.如权利要求2所述的MDI-QKD系统，其特征在于，主激光器发送的光信号经由所述分束器分为两路，分别进入对应的从激光器。4.如权利要求1所述的MDI-QKD系统，其特征在于，用户端中，所述从激光器的输出端连接有可调光衰减器。5.如权利要求2所述的MDI-QKD系统，其特征在于，公共测量端中设有两个偏振控制器，两从激光器光信号分别经对应的偏振控制器后进入所述分束器。6.如权利要求5所述的MDI-QKD系统，其特征在于，公共测量端中设有光纤环形器，两个单光子探测器中的一者与所述主激光器通过该光纤环形器接入所述分束器的同一端口。7.如权利要求2～6任一项所述的MDI-QKD系统，其特征在于，还设有同步环路，相对于公共测量端与任一用户端之间，该同步环路通过两个光路节点分成第一光路和第二光路，主激光器发送的光信号经由第一光路进入从激光器，从激光器发送的光信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：富尧，王真真，
申请(专利权)人：浙江神州量子网络科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33