一种连续变量量子密钥分发系统中内生量子随机数的方法技术方案

本发明专利技术提供的一种连续变量量子密钥分发系统中内生量子随机数的方法，其中发送端内生量子随机数的方法中引入时钟精确延时模块和时域平衡零拍探测器，接收端内生量子随机数的方法中对用于校准散粒噪声基准的数据进行复用，实现了量子随机数的内生，使得连续变量量子密钥分发系统无需专用的量子随机数产生模块，有效降低成本；同时在一定程度上减小密钥分发系统的体积和重量，简化了连续变量量子密钥分发系统的结构，有效提升了系统的适用性。

【技术实现步骤摘要】
一种连续变量量子密钥分发系统中内生量子随机数的方法
本专利技术涉及连续变量量子保密通信领域，尤其涉及一种连续变量量子密钥分发系统中内生量子随机数的方法。
技术介绍
随着科学技术的不断进步，万物互联正在成为现实，它极大的方便了人们的日常生活。而实现万物互联的关键因素之一即是通信技术。通信技术在给人们带来极大便利的同时，也存在着很大的信息安全风险。随机数在信息安全和保密通信
有着广泛的应用。相比经典产生随机数的方法，量子随机数由于其不可预测的性质，在信息安全领域有着巨大的优势。量子随机数产生的方法主要包括：测量光子路径、光子到达时间、光子数分布、相位噪声、放大自发辐射和真空噪声起伏，其中基于真空散粒噪声起伏方案的量子随机数发生器具有真空态易制备、稳定性好、易于实现高速化和集成化应用。量子随机数发生器目前的主要应用方向之一是为量子密钥分发方案提供量子随机数。量子密钥分发的显著特点是具有极高的安全性，可实现安全的通信。目前量子密钥分发系统所需的随机数主要由专门的量子随机数发生器模块提供。专门的量子随机数模块的使用会涉及到额外的光源，射频信号源，混频器、滤波器以及专门用于量子随机数发生器的数据采集装置和数据处理装置。这种设计会提高系统的体积、重量和成本，特别是在一些特殊的应用领域，会给系统的使用带来不便。如基于硅基光电子芯片实现连续变量量子密钥分发的领域，为了将系统中量子随机数发生器的光路与密钥分发系统的光路一起集成在芯片中，需额外单独设计量子随机数发生器，增加了研发难度的同时，还增大了系统的成本、体积和重量。在基于自由空间传输的密钥分发领域，连续变量方案抗杂散光的干扰能力较强，近年来很多研究组将其搭载在航空器，甚至小型无人机中进行测试。这些测试原则上要求密钥分发系统的体积尽量小，重量尽量轻。因此，急需一种连续变量量子密钥分发系统中内生量子随机数的方法来简化密钥分发系统的硬件结构，降低系统的成本和体积。
技术实现思路
为简化连续变量量子密钥分发系统的结构，降低成本，提供了一种连续变量量子密钥分发系统中内生量子随机数的方法，连续变量量子保密通信装置的发送端和接收端无需使用专用的量子随机数发生器就可以产生通信所需的量子随机数，简化了密钥分发系统的硬件结构，有效地降低了系统的成本和体积。为实现本专利技术目的而提供的一种连续变量量子密钥分发系统中内生量子随机数的方法，其特征在于：包括有发送端内生量子随机数的方法和接收端内生量子随机数的方法，所述发送端内生量子随机数的方法，是在连续变量量子密钥分发系统发送端的脉冲激光光源的出射端设置第一保偏耦合器，将脉冲光分为第一脉冲光和第二脉冲光；第一脉冲光用于正常的密钥分发系统使用，进入第二保偏耦合器后分为信号光和本振光，信号光经过信号调理模块后，再与本振光共同通过光场偏振合束模块，信号光和本振光以时间复用和偏振复用的形式在量子信道中传输；第二脉冲光接入时域平衡零拍探测器，再将输出的脉冲形散粒噪声输入到信号收发装置中，信号收发装置输出的时钟信号CLK1接入脉冲激光光源和时钟精确延时模块中，时钟精确延时模块输出的时钟信号CLK2再接入到信号收发装置的外接时钟端口，信号收发装置的信号采集端口AI采用精确延时的时钟信号CLK2，可确保采集到时域平衡零拍探测器输出的脉冲形散粒噪声的峰值，信号收发装置的信号输出端口AO采用时钟CLK1，可输出信号调理模块所需的调制信号，信号收发装置采集和输出的信号由信号处理装置处理，信号处理装置通过经典信道完成连续变量量子密钥分发所需的数据处理任务，同时对收到的脉冲形散粒噪声数据进行量化，最小熵的计算，拓普利兹-哈希提取等算法处理后可输出量子密钥分发所需的量子随机数。所述的接收端内生随机数的方法，是对连续变量量子密钥分发系统接收端用于校准散粒噪声基准的数据复用为量子随机数的数据源，对数据源进行量化，最小熵的计算，拓普利兹-哈希提取等算法处理后可输出量子密钥分发所需的量子随机数；连续变量量子密钥分发的数据结构中，通常有功能性数据和携带调制信息的数据，功能性数据常包含用于计算相对相位、平衡度的数据和校准散粒噪声的数据。作为上述方案的进一步改进，所述发送端内生量子随机数的方法中的第一保偏耦合器、第二保偏耦合器、信号调理模块、光场偏振合束模块及量子信道为自由空间器件、光纤器件、基于硅基光电子芯片的波导器件中的一种。作为上述方案的进一步改进，所述发送端内生量子随机数的方法中的信号收发装置包括有多块多功能数据采集卡。本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术提供的一种连续变量量子密钥分发系统中内生量子随机数的方法，其中发送端内生量子随机数的方法中引入时钟精确延时模块和时域平衡零拍探测器，接收端内生量子随机数的方法中对用于校准散粒噪声基准的数据进行复用，实现了量子随机数的内生，使得连续变量量子密钥分发系统无需专用的量子随机数产生模块，有效降低成本；同时在一定程度上减小密钥分发系统的体积和重量，简化了连续变量量子密钥分发系统的结构，有效提升了系统的适用范围。附图说明图1本专利技术中连续变量量子密钥分发系统发送端内生量子随机数的方法示意图；图2本专利技术中连续变量量子密钥分发的数据结构示意图；图3本专利技术中连续变量量子密钥分发系统发送端内生量子随机数的方法的原理图；图4本专利技术中连续变量量子密钥分发系统接收端内生量子随机数的方法的原理图；图5本专利技术中脉冲形真空散粒噪声和时钟信号；图6本专利技术中噪声时序分布图；图7本专利技术中噪声统计分布图；图8本专利技术中Nist检测结果。其中：1-脉冲激光光源，2-第一保偏耦合器，3-第二保偏耦合器，4-信号调理模块，5-光场偏振合束模块，6-量子信道，7-时域平衡零拍探测器，8-信号收发装置，9-时钟精确延时模块，10-信号处理装置，11-经典信道，12-功能性数据，13-携带调制信息的数据，14-计算相对相位、平衡度的数据，15-校准散粒噪声的数据。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明，如图1-图2所示，本专利技术提供的一种连续变量量子密钥分发系统中内生量子随机数的方法，包括有发送端内生量子随机数的方法和接收端内生量子随机数的方法，如图3所示为连续变量量子密钥分发系统发送端内生量子随机数方法的原理图。双通道脉冲发生器驱动两个级联的强度调制器将1550nm-DFB激光器输出的连续光调制成50ns的脉冲光，脉冲光的消光比80dB，重复速率为1MHz。该脉冲激光光源1经第一光纤保偏耦合器后分为第一脉冲光和第二脉冲光；第一脉冲光输入到第二光纤保偏耦合器，用于连续变量量子密钥分发系统产生信号光和本振光，信号光经信号调理模块4后与本振光在保偏合束器5合成为偏振相互垂直的一路光进入量子信道6，其中：信号调理模块4包括强度调制器、相位调制器、80m保偏光纤、光纤可变衰减器等，主要功能是将信号光在相空间中调制成高斯分布或离散分布，并延时一段时间；如图5所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续变量量子密钥分发系统中内生量子随机数的方法，其特征在于：包括有发送端内生量子随机数的方法和接收端内生量子随机数的方法，/n所述发送端内生量子随机数的方法，是在连续变量量子密钥分发系统发送端的脉冲激光光源(1)的出射端设置第一保偏耦合器(2)，将脉冲光分为第一脉冲光和第二脉冲光；/n第一脉冲光用于正常的密钥分发系统使用，进入第二保偏耦合器(3)后分为信号光和本振光，信号光经过信号调理模块(4)后，再与本振光共同通过光场偏振合束模块(5)，信号光和本振光以时间复用和偏振复用的形式在量子信道(6)中传输；/n第二脉冲光接入时域平衡零拍探测器(7)，再将输出的脉冲形散粒噪声输入到信号收发装置(8)中，信号收发装置(8)输出的时钟信号CLK1接入脉冲激光光源(1)和时钟精确延时模块(9)中，时钟精确延时模块(9)输出的时钟信号CLK2再接入到信号收发装置(8)的外接时钟端口，信号收发装置(8)的信号采集端口AI采用精确延时的时钟信号CLK2，可确保采集到时域平衡零拍探测器输出的脉冲形散粒噪声的峰值，信号收发装置(8)的信号输出端口AO采用时钟CLK1，可输出信号调理模块(4)所需的调制信号，信号收发装置(8)采集和输出的信号由信号处理装置(10)处理，信号处理装置(10)通过经典信道(11)完成连续变量量子密钥分发所需的数据处理任务，同时对收到的脉冲形散粒噪声数据进行量化，最小熵的计算，拓普利兹-哈希提取等算法处理后可输出量子密钥分发所需的量子随机数。/n所述的接收端内生随机数的方法，是对连续变量量子密钥分发系统接收端用于校准散粒噪声基准的数据复用为量子随机数的数据源，对数据源进行量化，最小熵的计算，拓普利兹-哈希提取等算法处理后可输出量子密钥分发所需的量子随机数；连续变量量子密钥分发的数据结构中，通常有功能性数据(12)和携带调制信息的数据(13)，功能性数据(12)常包含用于计算相对相位、平衡度的数据(14)和校准散粒噪声的数据(15)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种连续变量量子密钥分发系统中内生量子随机数的方法，其特征在于：包括有发送端内生量子随机数的方法和接收端内生量子随机数的方法，
所述发送端内生量子随机数的方法，是在连续变量量子密钥分发系统发送端的脉冲激光光源(1)的出射端设置第一保偏耦合器(2)，将脉冲光分为第一脉冲光和第二脉冲光；
第一脉冲光用于正常的密钥分发系统使用，进入第二保偏耦合器(3)后分为信号光和本振光，信号光经过信号调理模块(4)后，再与本振光共同通过光场偏振合束模块(5)，信号光和本振光以时间复用和偏振复用的形式在量子信道(6)中传输；
第二脉冲光接入时域平衡零拍探测器(7)，再将输出的脉冲形散粒噪声输入到信号收发装置(8)中，信号收发装置(8)输出的时钟信号CLK1接入脉冲激光光源(1)和时钟精确延时模块(9)中，时钟精确延时模块(9)输出的时钟信号CLK2再接入到信号收发装置(8)的外接时钟端口，信号收发装置(8)的信号采集端口AI采用精确延时的时钟信号CLK2，可确保采集到时域平衡零拍探测器输出的脉冲形散粒噪声的峰值，信号收发装置(8)的信号输出端口AO采用时钟CLK1，可输出信号调理模块(4)所需的调制信号，信号收发装置(8)采集和输出的信号由信号处理装置(10)处理，信号处理装置(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王旭阳，李永民，刘建强，贾雁翔，卢振国，王少锋，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西;14