量子密钥分发中的同步制造技术

提供了被配置为在量子密钥分发系统中操作的接收器和发射器。该接收器用于接收光信号，并且该发射器用于发射光信号，该光信号包括包含原始密钥数据的数据块和与该数据块相关的控制信息。该数据块和该控制信息在频域中被复用。被复用。被复用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】量子密钥分发中的同步


[0001]本专利技术的实施例涉及量子密钥分发(QKD)领域。

技术介绍

[0002]QKD是一种使得两个远程合法方能够以考虑量子力学定律、防止在所使用的通信信道上窃听的方式建立公共(或共享)秘密密钥的技术。
[0003]具体来说，共享秘密密钥是合法双方都知道而其他任何人都不知道的一条信息。由于共享秘密(密钥)仅为合法方所知，因此它在密码术中起着关键作用，在密码术中它具有诸如安全通信(例如，消息的加密、解密和消息认证)的多种应用。
[0004]在光学数据通信中，窃听者(通常称为Eve)可以例如通过分离和检测承载光的信息的一部分来获取关于从发送方发射到接收方(通常分别称为Alice和Bob)的信号(例如，密钥)的信息。
[0005]在非QKD系统中，两个远程方之间密钥交换的安全性通常基于非对称加密，这依赖于某些数学问题(例如，Diffie
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Hellman密钥交换或Rivest
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Shamir
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Adleman公钥密码系统)的计算复杂性。然而，一旦足够强大的(量子)计算机可用，或者已经取得数学进展(例如，更高效的算法)，这种密钥分发方法就可能变得不安全。更糟糕的是，如果密钥交换已经被窃听者记录，则已经使用利用这些方法分发的密钥加密的所有数据可被追溯地破坏。
[0006]另一方面，在QKD中，密钥分发的安全性由量子力学定律保证，这允许推导出海森堡测不准原理和不可克隆定理。测不准原理指出，某些变量不能以任意精度同时已知，这意味着测量一个变量会破坏其它变量的信息。因此，当Eve对发射的信号执行测量时，她不可避免地会由于引入传输误差而留下痕迹。不可克隆定理表明不可能对未知量子态例如以光学模式编码的随机信号(或其部分)进行完美复制。因此，也不可能通过对完美拷贝进行测量来规避测不准原理。
[0007]因此，简而言之，窃听者监视发送方和接收方之间的通信的存在不可避免地会留下痕迹，该痕迹可以通过观察传输误差或者等效地传输信道中的噪声来检测。在QKD中，这是通过基于所观察的噪声计算任何窃听者可访问的信息的上限来利用的。如果该上限足够小，则可以从发送方和接收方之间共享的信息中提取共享秘密密钥。在一定条件下，这种共享秘密密钥提取可以被证明是信息论安全的。
[0008]QKD系统可以分为离散变量QKD(DV QKD)系统和连续变量QKD(CV QKD)系统。在DV QKD系统中，从中提取共享秘密密钥的信息被编码成离散变量，该离散变量通常是理想地单光子的偏振/自旋自由度，如同例如BB84协议中那样。然而，单光子源和检测器是昂贵的并且难以小型化。另一方面，在CV QKD系统中，从中提取共享秘密密钥的信息被编码成连续变量。相应地，CV QKD协议通常基于光的相干或压缩态的传输，其中，所述信息以发射光/电磁场的正交(相位和振幅)连续编码。因此，在接收器处，可以通过使用强本地振荡器(LO)的相干检测(例如，零差、内差或外差检测)来测量接收信号。由于这些原因，CV QKD更兼容当前电信系统中使用的标准部件和设备，并且甚至可以同时使用同一光纤用于QKD和经典信号
发射。

技术实现思路

[0009]从上述方法开始，本公开的目的之一可以被视为如何进一步提高QKD系统的性能，特别是通过提供用于发射器和接收器之间的同步任务的有效工具。
[0010]前述和其它目的通过独立权利要求的主题来实现。根据从属权利要求、说明书和附图，进一步有利的实现是显而易见的。
[0011]本申请的实施例提供了根据独立权利要求的用于接收和发射信号的装置和方法。
[0012]特别地，根据第一方面，本专利技术涉及一种用于接收光信号的装置。该装置被配置为在量子密钥分发系统中操作，并且包括用于基于光信号生成复用信号的光检测器。该装置还包括处理电路，该处理电路被配置为通过对复用信号解复用来生成包括原始密钥数据的数据块和与该数据块相关的控制信息，该数据块和控制信息在频域中被复用。
[0013]根据第二方面，本专利技术涉及一种用于发射光信号的装置。该装置被配置为在量子密钥分发系统中操作，并且包括处理电路，该处理电路被配置为生成包括原始密钥数据的数据块、与数据块相关的控制信息，并且通过在频域中复用数据块和控制信息来生成复用信号。该装置还包括用于通过光信号发射复用信号的光发射器。
[0014]控制信息可以用于和/或促进高粒度帧同步、服务信息和同步的连续检测。特别地，在服务信道中发射的信号可以用于支持载波和采样时钟同步或同步误差补偿。此外，控制信息可以用于发射用于及时(动态)配置的服务信息。
[0015]有利地，在第一或第二方面，数据块在时域中的起始位置以控制信息对应的预定义方式布置。
[0016]由于可以以比数据块更高的功率发射控制信息，因此可以比数据块的位置更容易地确定控制信息的位置。因此，以控制信息对应的预定义方式在时域中布置数据块的起始位置可以便于检测数据块的帧起始。
[0017]此外，有利地，在第一或第二方面，控制信息包括标识数据块的信息。
[0018]有利地，标识数据块的信息是数据块的序列号。
[0019]上述两个措施可以进一步促进在时域中确定控制信息的位置，并且因此促进检测数据块的帧起始。这可以进一步改进发射器和接收器之间的同步任务。
[0020]有利地，在第一或第二方面，标识数据块的信息是用第一序列加扰的。
[0021]有利地，第一序列是预定的伪噪声PN序列。
[0022]有利地，在第一或第二方面，控制信息包括第二预定序列，该第二预定序列后置或前置于标识数据块的信息。
[0023]有利地，在第一或第二方面，数据块还包括第三预定序列，该第三预定序列后置或前置于原始密钥数据。
[0024]有利地，在第一或第二方面，用第一序列加扰标识数据块的信息，控制信息还包括第二预定序列，该第二预定序列后置或前置于标识数据块的信息，并且数据块还包括第三预定序列，该第三预定序列后置或前置于原始密钥数据。
[0025]特别是用PN序列加扰数据块可以白化发射信号，这可以改善时钟恢复和/或可以减少互调。
[0026]这种后置/前置序列可便于通过检测相关性来标识帧的开始。特别地，PN序列的良好自相关特性可以用于精确确定PN序列的位置。因此，后置/前置的序列可便于通过检测相关性来标识数据块和/或原始密钥数据的起始。此外，可以特别容易地定位预定序列的位置(在时域中)，该预定序列后置或前置于标识数据块的信息，可以用比数据块和/或原始密钥数据信号更高的功率来发送该预定序列。这又可以允许更容易和/或更精确地确定原始密钥数据(或数据块)的位置。
[0027]有利地，第一序列、第二预定序列和第三预定序列中的两个或更多个序列是相同的。
[0028]这可以促进简单的实现。
[0029]有利地，在第一或第二方面的任何上述实现中，处理电路还可以被配置为生成多个数据块，其中每个数据块包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于接收光信号的装置，所述装置被配置为在量子密钥分发系统中操作，并且包括：光检测器(150)，所述光检测器用于基于所述光信号生成复用信号(600)；以及处理电路(160)，所述处理电路被配置为通过对所述复用信号(600)解复用来生成包括原始密钥数据(625)的数据块(620)和与所述数据块(620)相关的控制信息(610)，所述数据块和所述控制信息在频域中被复用。2.一种用于发射光信号的装置，所述装置被配置为在量子密钥分发系统中操作，并且包括：处理电路(100)，所述处理电路被配置为生成包括原始密钥数据(625)的数据块(620)、与所述数据块(620)相关的控制信息(610)，并且通过在频域中复用所述数据块(620)和所述控制信息(610)来生成复用信号(600)；和光发射器(110)，所述光发射器用于利用所述光信号发射所述复用信号(600)。3.根据权利要求1至2中任一项所述的装置，其中，所述数据块(620)在时域中的起始位置以所述控制信息(610)对应的预定义方式布置。4.根据权利要求1至3所述的装置，其中，所述控制信息(610)包括标识所述数据块(620)的信息(615)。5.根据权利要求4所述的装置，其中，标识所述数据块(620)的所述信息(615)是所述数据块(620)的序列号。6.根据权利要求4或5所述的装置，其中，所述数据块(620)的所述信息(615)是使用第一序列加扰的。7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述第一序列是预定的伪噪声PN序列。8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中，所述控制信息(610)还包括第二预定序列(602)，所述第二预定序列后置或前置于标识所述数据块(620)的所述信息(615)。9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中，所述数据块(620)还包括第三预定序列(603)，所述第三预定序列后置或前置于所述原始密钥数据(625)。10.根据权利要求4或5所述的装置，其中，标识所述数据块的所述信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯，
申请(专利权)人：杜塞尔多夫华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：