用于量子密钥分发的方法及系统技术方案

公开用于量子密钥分发的方法及系统，该方法包括：在第一和第二设备中的至少一者中确定沿第一与第二设备之间的量子信道的固有损耗；在第一设备中生成包括测试脉冲和从第一信号生成的信号脉冲的脉冲序列；在第二设备中根据脉冲序列确定第二信号；确定无效信号位置并在第一和第二设备中提供无效信号位置；在第一和第二设备中分别根据第一和第二信号以及无效信号位置分别确定第一和第二协调信号；根据测试脉冲确定沿量子信道的总损耗，根据总损耗和固有损耗确定信号损耗；通过在第一和第二设备中分别对第一和第二协调信号进行纠错来分别确定共享密钥；通过将共享密钥缩短根据信号损耗确定的缩短量，根据共享密钥确定第一和第二设备中的放大密钥。设备中的放大密钥。设备中的放大密钥。

【技术实现步骤摘要】
用于量子密钥分发的方法及系统


[0001]本公开涉及一种用于量子密钥分发(QKD)的方法和系统。

技术介绍

[0002]传统的量子密钥分发办法需要假设所有差错和损耗都是由于窃听活动造成的。这迫使合法用户将窃听方的关于共享原始密钥的知识等同于合法用户之一的设备与描述信号丢失部分的设备之间的互信息(mutual information)。作为结果，在隐私放大期间需要急剧减少密钥长度以获得可靠安全的密钥。

技术实现思路

[0003]本公开的一个目的是提供用于经由量子密钥分发传送数据的改进技术，尤其是为了增加可达成的密钥率(key rate)和/或合法设备之间的距离。
[0004]为了解决该问题，提供了根据独立权利要求的用于量子密钥分发的方法和系统。进一步的实施例在从属权利要求中公开。
[0005]根据一个方面，提供了一种用于量子密钥分发的方法，该方法在具有多个数据处理设备的系统中包括：在第一数据处理设备和第二数据处理设备中的至少一者中确定沿第一数据处理设备与第二数据处理设备之间的量子信道的固有损耗(intrinsic loss)；在第一数据处理设备中生成第一信号；在第一数据处理设备中生成包括至少一个测试脉冲和从第一信号生成的信号脉冲的脉冲序列；经由量子信道将来自第一数据处理设备的脉冲序列传送至第二数据处理设备；在第二数据处理设备中接收脉冲序列，并在第二数据处理设备中根据脉冲序列确定第二信号；确定无效信号位置，并在第一数据处理设备和第二数据处理设备中提供无效信号位置；在第一数据处理设备中根据第一信号和无效信号位置确定第一协调信号，并且在第二数据处理设备中根据第二信号和无效信号位置确定第二协调信号；根据在第二数据处理设备中接收到的至少一个测试脉冲确定沿量子信道的总损耗，根据总损耗和固有损耗确定信号损耗，并在第一数据处理设备和第二数据处理设备中提供信号损耗；通过在第一数据处理设备中对第一协调信号进行纠错和在第二数据处理设备中对第二协调信号进行纠错来确定第一数据处理设备和第二数据处理设备中的共享密钥；以及通过将共享密钥缩短根据信号损耗确定的缩短量，根据共享密钥确定第一数据处理设备和第二数据处理设备中的放大密钥。
[0006]根据另一方面，提供了一种用于量子密钥分发的系统，所述系统包括多个数据处理设备并且被配置为执行：在第一数据处理设备和第二数据处理设备中的至少一者中确定沿第一数据处理设备与第二数据处理设备之间的量子信道的固有损耗；在第一数据处理设备中生成第一信号；在第一数据处理设备中生成包括至少一个测试脉冲和从第一信号生成的信号脉冲的脉冲序列；经由量子信道将来自第一数据处理设备的脉冲序列传送至第二数据处理设备；在第二数据处理设备中接收脉冲序列，并在第二数据处理设备中根据脉冲序列确定第二信号；确定无效信号位置，并在第一数据处理设备和第二数据处理设备中提供
无效信号位置；在第一数据处理设备中根据第一信号和无效信号位置确定第一协调信号，并且在第二数据处理设备中根据第二信号和无效信号位置确定第二协调信号；根据在第二数据处理设备中接收到的至少一个测试脉冲确定沿量子信道的总损耗，根据总损耗和固有损耗确定信号损耗，并在第一数据处理设备和第二数据处理设备中提供信号损耗；通过在第一数据处理设备中对第一协调信号进行纠错和在第二数据处理设备中对第二协调信号进行纠错来确定第一数据处理设备和第二数据处理设备中的共享密钥；以及通过将共享密钥缩短根据信号损耗确定的缩短量，根据共享密钥确定第一数据处理设备和第二数据处理设备中的放大密钥。
[0007]第一信号可以是比特串，所述比特串优选地是采用物理随机数发生器来生成的。每个信号脉冲可以与第一和第二信号的信号位置对应。一信号位置也可以与两个信号脉冲或多个信号脉冲对应。脉冲序列还可包括诱饵脉冲。
[0008]在本公开的上下文中，确定沿量子信道的固有损耗可包括测量沿量子信道的固有损耗的步骤。替代地或附加地，固有损耗也可基于预先收集的测量值或制造商信息来确定。
[0009]固有损耗可使用至少一个光学反射计来检测。固有损耗可通过预先检测和记录自然出现的事件来确定，优选地通过光学反射计。这些事件可包括连接器、焊缝、弯曲和/或裂缝上的损耗。
[0010]量子信道可包括光纤和/或测试脉冲，并且信号脉冲可以是光脉冲。
[0011]光纤的透射率可缩放为T＝10
‑
μ
·
D
，其中D表示第一数据处理设备(“Alice”)与第二数据处理设备(“Bob”)之间的光纤长度(例如，以km为单位)，且μ表示损耗参数，其例如可以取10
‑3km
‑1至10
‑1km
‑1之间的值。特别地，μ可以等于0.02km
‑1。
[0012]固有损耗(固有自然损耗)可包括瑞利散射损耗和拉曼散射损耗。可假设固有损耗不是由窃听设备(“Eve”)造成的。
[0013]可通过测量在第一数据处理设备中生成且经由量子信道传送至第二数据处理设备的初始信号的强度的降低来确定固有损耗。可在第一数据处理设备和第二数据处理设备中提供固有损耗。初始信号可包括至少一个光脉冲。
[0014]可经由公共信道在第一数据处理设备和第二数据处理设备中提供无效信号位置。公共信道可以是经认证的公共经典信道。第一数据处理设备和第二数据处理设备可经由公共信道交换经典信号。经典信号也可经由量子信道来交换。光纤可被量子信道和经典信道共享。替代地，量子信道和经典信道可以是分开的。
[0015]量子信道可以不包括放大器或者包括不超过一个放大器(例如，直列式(in
‑
line)掺铒光纤放大器(EDFA)或拉曼放大器)。
[0016]还可以规定，量子信道的平均放大器密度为每110km小于2个放大器，优选为以下之一：每120km小于2个放大器、每130km小于2个放大器、每150km小于2个放大器或每200km小于2个放大器。
[0017]还可以规定，量子信道中两个毗邻放大器之间的距离大于55km，优选为大于以下之一：60km、70km、80km或100km。
[0018]量子信道可被配置为使得固有损耗沿量子信道均质地分布。
[0019]可以规定，窃听设备可仅具有对量子信道的局部物理接入。例如，窃听设备可接入量子信道长度的小于1％或0.1％。
[0020]辅助比特序列可在单个测试脉冲中被编码。具体而言，可在第二数据处理设备中根据辅助比特序列来验证单个测试脉冲。
[0021]因此，总损耗可根据单个测试脉冲而被确定。
[0022]在单个测试脉冲中对辅助比特序列进行编码可包括修改测试脉冲参数中的至少一个测试脉冲参数。测试脉冲参数可包括测试脉冲的强度、相位、长度和形状。相位可以从区间[0,π)中进行采样和/或长度可以从区间[1ns,106ns]中进行采样。
[0023]脉冲序列可包括多个测试脉冲(测试脉冲序列)并且辅助比特序列可被编码在多个测试脉冲中。优选地，可在第二数据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于量子密钥分发的方法，所述方法能在具有多个数据处理设备(10,11)的系统中实现，所述方法包括：
–
在第一数据处理设备(10)和第二数据处理设备(11)中的至少一者中确定沿所述第一数据处理设备(10)与所述第二数据处理设备(11)之间的量子信道(13)的固有损耗；
–
在所述第一数据处理设备(10)中生成第一信号；
–
在所述第一数据处理设备(10)中生成包括至少一个测试脉冲和从所述第一信号生成的信号脉冲的脉冲序列；
–
经由所述量子信道(13)将来自所述第一数据处理设备(10)的所述脉冲序列传送至所述第二数据处理设备(11)；
–
在所述第二数据处理设备(11)中接收所述脉冲序列，并在所述第二数据处理设备(11)中根据所述脉冲序列确定第二信号；
–
确定无效信号位置，并在所述第一数据处理设备(10)和所述第二数据处理设备(11)中提供所述无效信号位置；
–
在所述第一数据处理设备(10)中根据所述第一信号和所述无效信号位置确定第一协调信号，并且在所述第二数据处理设备(11)中根据所述第二信号和所述无效信号位置确定第二协调信号；
–
根据在所述第二数据处理设备(11)中接收到的所述至少一个测试脉冲确定沿所述量子信道(13)的总损耗，根据所述总损耗和所述固有损耗确定信号损耗，并在所述第一数据处理设备(10)和所述第二数据处理设备(11)中提供所述信号损耗；
–
通过在所述第一数据处理设备(10)中对所述第一协调信号进行纠错和在所述第二数据处理设备(11)中对所述第二协调信号进行纠错来确定所述第一数据处理设备(10)和所述第二数据处理设备(11)中的共享密钥；以及
–
通过将所述共享密钥缩短根据所述信号损耗确定的缩短量，根据所述共享密钥确定所述第一数据处理设备(10)和所述第二数据处理设备(11)中的放大密钥。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述量子信道(13)包括光纤，和/或其中，所述至少一个测试脉冲和所述信号脉冲是光脉冲。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述量子信道被配置为使得所述固有损耗沿所述量子信道均质地分布。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，辅助比特序列被编码在单个测试脉冲中，其中优选地，所述单个测试脉冲根据所述辅助比特序列在所述第二数据处理设备(11)中被验证。5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述脉冲序列包括多个测试脉冲，其中，辅助比特序列被编码在所述多个测试脉冲中，其中优选地，所述多个测试脉冲根据所述辅助比特序列在所述第二数据处理设备(11)中被验证。6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述第一协调信号是通过丢弃来自所述第一信号的无效信号位置根据所述第一信号来确定的，和/或其中，所述第二协调信号是通过丢弃来自所述第二信号的无效信号位置根据所述第二信号而被确定的。7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述总损耗是根据在所述第一数据处理设备(10)中生成的所述至少一个测试脉冲的第一强度和在所述第二数据处理设备
(11)中接收到的所述至少一个测试脉冲的第二强度而被确定的。8.根据前述...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：特拉量子股份公司，
类型：发明
国别省市：