一种原始密钥恢复装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术实施例涉及量子通信领域，尤其涉及一种原始密钥恢复装置和方法，用于更加简单且准确的从接收到的量子光信号中恢复出原始密钥。本发明专利技术实施例中，传输光信号中包括参考光信号和量子光信号，通过本振光信号对传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号，进而对包括参考光信号的第一相干耦合后光信号和包括量子光信号的第二相干耦合后光信号分别进行光电转换和放大，得到第一电信号和第二电信号，进而分别从第一电信号中得到本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息，以及根据相位频率信息从第二电信号中恢复出原始密钥，可见，该方案无需对发送装置和接收装置的两路光纤长度差进行严格的等长控制，降低了技术难度。

【技术实现步骤摘要】
一种原始密钥恢复装置和方法
本专利技术实施例涉及量子通信领域，尤其涉及一种原始密钥恢复装置和方法。
技术介绍
随着网络技术的快速发展，大量敏感信息需要通过网络传输，人们需要对敏感信息进行保护以免丢失或遭到攻击。加密是保障信息安全的重要手段之一，现有经典加密体系是建立在计算复杂度基础之上的，其存在被破译的可能。经典密码体制中，只有一次一密具有无条件安全性，而如何产生大量的随机数密钥一直是个难题，量子密钥分配(QuantumKeyDistribution，简称QKD)技术的出现解决了这个难题。QKD具体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。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。图1示例性示出了一种量子通信适用的系统结构示意图。如图1所示，包括发送装置101和接收装置102，发送装置中包括主控单元103、量子发送机104、同步时钟发送机105、协商信息收发机106、业务信息发送机107，接收装置中包括主控单元108、量子接收机109、同步时钟接收机110、协商信息收发机111、业务信息接收机112。发送装置通过量子发送机向接收装置的量子接收机发送携带有原始密钥的量子光信号，以使接收装置从量子光信号中恢复出原始量子密钥。发送装置通过同步时钟发送机向接收装置的同步时钟接收机发送同步时钟信号，以使接收装置实现与发送装置的时钟同步。发送装置通过协商信息收发机与接收装置的协商信息收发机之间相互发送和接收协商信息，以使发送装置和接收装置根据协商信息从原始量子密钥中确定出最终量子密钥。发送装置通过业务信息发送机向接收装置额业务信息接收机发送业务信息。量子密钥分配过程，具体是指发送装置将原始密钥携带于量子光信号中，并将该量子光信号发送给接收装置，接收装置接收到该量子光信号之后，从该量子光信号中恢复出原始密钥，进一步通过发送装置与接收装置的协商，从原始密钥中确定出最终所使用的密钥。现有技术中，发送装置产生本振光信号，并将本振光信号和量子光信号在同一根光纤传送，此时，接收装置若要准确恢复出原始密钥，则需要严格保证该本振光信号和该量子光信号到达2:2耦合器的输入端时间，也就是说，接收装置需要对该本振光信号和该量子光信号所经过的路径做严格的等长控制，该技术方案在工程化使用中难度非常高。综上，亟需一种原始密钥恢复装置和方法，用于更加简单且准确的从接收到的量子光信号中恢复出原始密钥。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种原始密钥恢复装置和方法，用于更加简单且准确的从接收到的量子光信号中恢复出原始密钥。本专利技术实施例提供一种原始密钥恢复装置，包括相干耦合单元，以及与相干耦合单元连接的参考光平衡探测单元和量子光平衡探测单元，与参考光平衡探测单元连接的载波恢复单元，与量子光平衡探测单元连接的密钥恢复单元；载波恢复单元与密钥恢复单元连接：相干耦合单元，用于根据本振光信号，对接收到的传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号；其中，传输光信号中包括参考光信号和量子光信号；至少两路相干耦合后光信号中包括至少一个第一相干耦合后光信号和至少一个第二相干耦合后光信号；每个第一相干耦合后光信号中至少包括参考光信号；每个第二相干耦合后光信号中至少包括量子光信号；参考光平衡探测单元，用于对至少一个第一相干耦合后光信号进行光电转换和放大，得到至少一个第一电信号，并将至少一个第一电信号传输给载波恢复单元；量子光平衡探测单元，用于对至少一个第二相干耦合后光信号进行光电转换和放大，得到至少一个第二电信号，并将至少一个第二电信号传输给密钥恢复单元；载波恢复单元，用于从至少一个第一电信号中确定出本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息，并将相位频率信息发送给密钥恢复单元；密钥恢复单元，用于根据接收到的相位频率信息，从至少一个第二电信号中恢复出原始密钥。由于传输光信号中包括参考光信号和量子光信号，而且通过本振光信号对传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号，进而对包括参考光信号的第一相干耦合后光信号和包括量子光信号的第二相干耦合后光信号分别进行光电转换和放大，得到第一电信号和第二电信号，进而分别从第一电信号中得到本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息，以及根据相位频率信息从第二电信号中恢复出原始密钥，可见，该方案无需对发送装置和接收装置的两路光纤长度差进行严格的等长控制，降低了技术难度。可选地，参考光平衡探测单元所包括的跨阻放大器的放大倍数小于量子光平衡探测单元所包括的跨阻放大器的放大倍数。可选地，所述参考光平衡探测单元的带宽，高于所述量子光平衡探测单元的带宽；所述参考光平衡探测单元的增益，低于所述量子光平衡探测单元的增益。进一步，本专利技术实施例中可以将第一相干耦合后光信号和第二相干耦合后光信号分别进行放大，此时将第一相干耦合后光信号对应的放大倍数调小，以使从第一电信号中确定出本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息；将第二相干耦合后光信号对应的放大倍数调大，以使从至少一个第二电信号中恢复出原始密钥。从而，可更加精确的根据第一相干耦合后光信号，从参考光信号中恢复出相位频率信息，也可更加精确的根据第二相干耦合后光信号，从量子光信号中恢复出原始密钥。可选地，还包括与载波恢复单元和相干耦合单元连接的本振单元，用于：接收载波恢复单元发送的相位频率信息；根据接收到的相位频率信息，生成本振光信号，并将本振光信号发送给相干耦合单元。如此，可更加准确的为用于对传输光信号进行相干耦合的本振光信号进行调制，也就是说，根据接收到的相位频率信息，生成本振光信号更加准确，进而在密钥恢复单元根据相干耦合后量子光信号恢复出原始密钥时会更加准确。可选地，若传输光信号通过一个偏振态传输，则传输光信号包括时分复用的参考光信号和量子光信号；且相干耦合单元包括第一分光单元，以及与第一分光单元连接的第一耦合单元和第二耦合单元，第一耦合单元与参考光平衡探测单元连接，第二耦合单元与量子光平衡探测单元连接：本振单元，具体用于：将本振光信号分为两路第一子本振光信号，并将两路第一子本振光信号分别发送给第一耦合单元和第二耦合单元；第一分光单元，用于接收传输光信号，将传输光信号进行分光处理，得到两路分光处理后光信号，并将两路分光处理后光信号分别输入给第一耦合单元和第二耦合单元；第一耦合单元，用于使用接收到的两路第一子本振光信号中的一路第一子本振光信号对接收到的两路分光处理后光信号中的一路分光处理后光信号进行相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号中的一路相干耦合后光信号；第二耦合单元，用于使用接收到的两路第一子本振光信号中的另一路第一子本振光信号对接收到的两路分光处理后光信号中的另一路分光处理后光信号进行相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号中的另一路相干耦合后光信号。可选地，若传输光信号通过一个偏振态传输，则传输光信号包括时分复用的参考光信号和量子光信号；且相干耦合单元包括第三耦合单元，以及与第三耦合单元连接的第二分光单元和第三分光单元，第二分光单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原始密钥恢复装置，其特征在于，包括相干耦合单元，以及与所述相干耦合单元连接的参考光平衡探测单元和量子光平衡探测单元，与所述参考光平衡探测单元连接的载波恢复单元，与所述量子光平衡探测单元连接的密钥恢复单元；所述载波恢复单元与所述密钥恢复单元连接：所述相干耦合单元，用于根据本振光信号，对接收到的传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号；其中，所述传输光信号中包括参考光信号和量子光信号；所述至少两路相干耦合后光信号中包括至少一个第一相干耦合后光信号和至少一个第二相干耦合后光信号；每个第一相干耦合后光信号中至少包括所述参考光信号；每个第二相干耦合后光信号中至少包括所述量子光信号；所述参考光平衡探测单元，用于对所述至少一个第一相干耦合后光信号进行光电转换和放大，得到至少一个第一电信号，并将所述至少一个第一电信号传输给所述载波恢复单元；所述量子光平衡探测单元，用于对所述至少一个第二相干耦合后光信号进行光电转换和放大，得到至少一个第二电信号，并将所述至少一个第二电信号传输给所述密钥恢复单元；所述载波恢复单元，用于从所述至少一个第一电信号中确定出所述本振光信号和所述参考光信号之间的相位频率信息，并将所述相位频率信息发送给所述密钥恢复单元；所述密钥恢复单元，用于根据接收到的所述相位频率信息，从所述至少一个第二电信号中恢复出原始密钥。...

【技术特征摘要】
1.一种原始密钥恢复装置，其特征在于，包括相干耦合单元，以及与所述相干耦合单元连接的参考光平衡探测单元和量子光平衡探测单元，与所述参考光平衡探测单元连接的载波恢复单元，与所述量子光平衡探测单元连接的密钥恢复单元；所述载波恢复单元与所述密钥恢复单元连接：所述相干耦合单元，用于根据本振光信号，对接收到的传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号；其中，所述传输光信号中包括参考光信号和量子光信号；所述至少两路相干耦合后光信号中包括至少一个第一相干耦合后光信号和至少一个第二相干耦合后光信号；每个第一相干耦合后光信号中至少包括所述参考光信号；每个第二相干耦合后光信号中至少包括所述量子光信号；所述参考光平衡探测单元，用于对所述至少一个第一相干耦合后光信号进行光电转换和放大，得到至少一个第一电信号，并将所述至少一个第一电信号传输给所述载波恢复单元；所述量子光平衡探测单元，用于对所述至少一个第二相干耦合后光信号进行光电转换和放大，得到至少一个第二电信号，并将所述至少一个第二电信号传输给所述密钥恢复单元；所述载波恢复单元，用于从所述至少一个第一电信号中确定出所述本振光信号和所述参考光信号之间的相位频率信息，并将所述相位频率信息发送给所述密钥恢复单元；所述密钥恢复单元，用于根据接收到的所述相位频率信息，从所述至少一个第二电信号中恢复出原始密钥。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括与所述载波恢复单元和所述相干耦合单元连接的本振单元，用于：接收所述载波恢复单元发送的所述相位频率信息；根据接收到的所述相位频率信息，生成所述本振光信号，并将所述本振光信号发送给所述相干耦合单元。3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，若所述传输光信号通过一个偏振态传输，则所述传输光信号包括时分复用的参考光信号和量子光信号；且所述相干耦合单元包括第一分光单元，以及与所述第一分光单元连接的第一耦合单元和第二耦合单元，所述第一耦合单元与所述参考光平衡探测单元连接，所述第二耦合单元与所述量子光平衡探测单元连接：所述本振单元，具体用于：将所述本振光信号分为两路第一子本振光信号，并将所述两路第一子本振光信号分别发送给所述第一耦合单元和所述第二耦合单元；所述第一分光单元，用于接收所述传输光信号，将所述传输光信号进行分光处理，得到两路分光处理后光信号，并将所述两路分光处理后光信号分别输入给所述第一耦合单元和所述第二耦合单元；所述第一耦合单元，用于使用接收到的所述两路第一子本振光信号中的一路第一子本振光信号对接收到的所述两路分光处理后光信号中的一路分光处理后光信号进行相干耦合，得到所述至少两路相干耦合后光信号中的一路相干耦合后光信号；所述第二耦合单元，用于使用接收到的所述两路第一子本振光信号中的另一路第一子本振光信号对接收到的所述两路分光处理后光信号中的另一路分光处理后光信号进行相干耦合，得到所述至少两路相干耦合后光信号中的另一路相干耦合后光信号。4.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，若所述传输光信号通过一个偏振态传输，则所述传输光信号包括时分复用的参考光信号和量子光信号；且所述相干耦合单元包括第三耦合单元，以及与所述第三耦合单元连接的第二分光单元和第三分光单元，所述第二分光单元连接所述参考光平衡探测单元和所述量子光平衡探测单元，所述第三分光单元连接所述参考光平衡探测单元和所述量子光平衡探测单元：所述第三耦合单元，用于使用所述本振光信号对所述传输光信号进行相干耦合，并将进行相干耦合后得到的光信号分为两路，得到两路第一相干后光信号，并将所述两路第一相干后光信号分别输入给所述第二分光单元和所述第三分光单元；所述第二分光单元，用于将接收到的所述两路第一相干后光信号中的一路第一相干后光信号进行分光处理，得到一个在该路第一相干后光信号中占比为第一比例的第一相干后光信号，以及一个占比为第二比例的第一相干后光信号；其中所述第一比例与所述第二比例的和为1；所述第三分光单元，用于将接收到的所述两路第一相干后光信号中的另一路第一相干后光信号进行分光处理，得到一个在该路第一相干后光信号中占比为第一比例的第一相干后光信号，以及一个占比为第二比例的第一相干后光信号；其中，两个在每路第一相干后光信号中占比为第一比例的第一相干后光信号作为所述两路相干耦合后光信号中的一路相干耦合后光信号，两个在每路第一相干后光信号中占比为第二比例的第一相干后光信号作为所述两路相干耦合后光信号中的另一路相干耦合后光信号。5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，若所述传输光信号通过N个偏振态传输，N为大于1的整数，则：所述相干耦合单元包括偏振分光单元，以及与所述偏振分光单元连接的子相干耦合单元，所述子相干耦合单元连接所述参考光平衡探测单元和所述量子光平衡探测单元；所述偏振分光单元，用于通过偏振分光处理将所述传输光信号分为N路光信号，并对至少(N-1)路光信号进行偏振旋转，输出偏振态相同的N路初始光信号；其中一路初始光信号对应一个偏振态；所述子相干耦合单元，用于根据接收到的所述本振光信号对所述N路初始光信号中的每路初始光信号至少进行相干耦合，输出至少N路相干耦合后光信号。6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述N路初始光信号至少包括两路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号；或者所述N路初始光信号至少包括以下内容中的任两项：包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号、包括参考光信号的初始光信号、包括量子光信号的初始光信号。7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述子相干耦合单元，具体用于：当所述N路初始光信号中至少包括一路包括参考光信号的初始光信号时，使用在所述本振光信号中占比为第三比例的本振光信号对该路包括参考光信号的初始光信号进行相干耦合，得到包括所述参考光信号的一路相干耦合后光信号；当所述N路初始光信号中至少包括一路包括量子光信号的初始光信号时，使用在所述本振光信号中占比为第四比例的本振光信号对该路包括量子光信号的初始光信号进行相干耦合，得到包括所述量子光信号的一路相干耦合后光信号；当所述N路初始光信号中包括至少一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号时，使用在所述本振光信号中占比为第五比例的本振光信号对一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号进行相干耦合和分光处理，得到两路相干耦合后光信号；其中，所述两路相干耦合后光信号中的每路相干耦合后光信号中包括参考光信号和量子光信号。8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，当所述N路初始光信号中包括至少一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号时：所述本振单元，具体用于：将所述本振光信号中占比为第五比例的本振光信号分为两路第二子本振光信号，并将所述两路第二子本振光信号发送给所述子相干耦合单元；所述子相干耦合单元，具体用于：将该路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号进行分光处理，得到两路分光处理后初始光信号；使用接收到的所述两路第二子本振光信号分别对所述两路分光处理后初始光信号中的每路分光处理后初始光信号进行相干耦合，得到所述至少两路相干耦合后光信号中的两路相干耦合后光信号；其中，一路本振光信号对应一路分光处理后初始光信号。9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，在所述N路初始光信号中包括至少一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号时，具体用于：使用在所述本振光信号中占比为第五比例的本振光信号，对包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号进行相干耦合，并将进行相干耦合后得到的光信号分为两路，得到两路第二相干后光信号；对所述两路第二相干后光信号中的每路第二相干后光信号进行分光处理，得到两个在每路第二相干后光信号中占比为第六比例的第二相干后光信号，以及两个占比为第七比例的第二相干后光信号；其中所述第六比例与所述第七比例的和为1；其中，两个在每路第二相干后光信号中占比为第六比例的第二相干后光信号为所述两路相干耦合后光信号中的一路相干耦合后光信号；两个在每路第二相干后光信号中占比为第七比例的第二相干后光信号为所述两路相干耦合后光信号中的另一路相干耦合后光信号。10.如权利要求1至9任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述载波恢复单元包括与所述参考光平衡探测单元连接的第一模数转换器ADC单元，和与所述第一ADC单元连接的第一处理单元；所述第一ADC单元，用于接收所述至少一个第一电信号，并对所述至少一个第一电信号中的每个第一电信号进行采样量化，得到参考信号采样序列，并将所述参考信号采样序列发送给第一处理单元；每个第一相干耦合后光信号中包括的所述参考光信号在对应的第一电信号中对应的电信号幅值处于所述第一ADC单元的第一预设幅值范围内；所述第一处理单元，用于根据接收到的所述参考信号采样序列，确定出所述本振光信号和所述参考光信号之间的相位频率信息，并将所述相位频率信息发送给所述密钥恢复单元。11.如权利要求1至10任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述密钥恢复单元包括与所述量子光平衡探测单元连接的第二ADC单元，和与所述第二ADC单元连接的第二处理单元；所述第二ADC单元，用于接收所述至少一个第二电信号，并对所述至少一个第二电信号中的每个第二电信号进行采样量化，得到量子信号采样序列，并将所述量子信号采样序列发送给第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏长征，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44