【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及5g通信和量子通信网络，具体涉及一种5g通信的量子密钥分发系统及方法。
技术介绍
1、随着5g时代与通信ip化来临，各式各样的5g设备已然活跃各个行业中，技术革新影响着我们生活的各个方面。随之而来的物联网、云平台及5g智能应用等模式也将得到大规模的推广与应用。当互联网与生活愈密切，信息和通信安全便愈加重要，量子通信是基于量子力学的基本原理建立的，具有对传统产业重构安全颠覆性影响，是保卫5g时代信息与ip化通信安全的重要利器。
2、自量子密钥分发协议(qkd)诞生以来，无论从理论、实验还是实际应用中都取得了阶段性成果，已从最初纯粹的理论阶段发展到应用阶段。量子密钥分发(qkd)可使远程双方安全地交换密钥，尽管理论上已经证明量子密钥分发技术具有无条件安全性，在用实际设备实现时，却仍然难以保证通信系统的安全性，因为仍无法忽视各种各样的设备缺陷。
3、mdi-qkd(测量设备无关量子密钥分发)是一种高安全性的量子通信协议，通过消除测量设备的潜在漏洞，确保通信双方安全地生成和共享密钥。自提出以来，该协议在理论上，不断优化、提高其安全性和距离限制。在实验上，已经实现了多种场景下的mdi-qkd实验，包括长距离光纤通信、自由空间通信和多用户通信等，此外，还被纳入到多个标准化组织中，成为量子通信领域的重要协议之一。mdi-qkd协议允许光子在自由空间中传递，光子在自由空间中具有低于在光纤信道中的损耗，也避免了因地面构造复杂而难以铺设远距离符合量子通信标准的光纤信道，能够节省成本，进一步提高了量子通信系统的实
4、随着各类qkd方案趋于成熟并进入推广期，以及片上集成化技术、系统级封装技术和硅光子集成电路的发展，qkd的集成化成为了qkd的一个重点研究领域，而小尺寸的量子芯片使得qkd能够应用于各类小型通讯器件中，小型化、芯片化是qkd与5g通讯设备结合的前提。
5、现有的将5g网络与量子网络融合的技术大多是将密钥存储在云端，在用户进行身份认证后将密钥通过经典信道传至用户端，在这个过程中，窃听者很容易通过经典信道截获从云端下发的密钥，使得通信安全难以保证。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决现有的将5g网络与量子网络融合的技术难以保证通信安全的问题，提供一种5g通信的量子密钥分发系统及方法。
2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
3、一种5g通信的量子密钥分发系统，包括5g通讯设备、云端服务器和密钥管理模块；其中，所述5g通讯设备搭载有量子芯片；
4、作为通信方的5g通讯设备通过5g信道向云端服务器请求通信，云端服务器向密钥管理模块传递请求，密钥管理模块收到请求后反馈结果给云端服务器，云端服务器快速响应将结果发送至5g通讯设备；通信双方测算出通信距离后，分别控制各自搭载的量子芯片发出光信号，光信号经量子信道传送至密钥管理模块进行探测，得到的探测结果由密钥管理模块通过云端服务器发送到通信双方。
5、优选的，所述量子芯片集成有第一时钟信号模块、激光光源、m-z干涉仪和可调光衰减器；
6、所述激光光源受第一时钟信号模块驱动发出的激光经过m-z干涉仪后，形成时间间隔对应m-z干涉仪臂长差的两束光信号，两束光信号分别通过可调光衰减器衰减成弱光信号。
7、优选的，所述m-z干涉仪包括第一多模干涉耦合器、第二多模干涉耦合器、相位调制器和量子随机数发生器；
8、所述第一多模干涉耦合器将激光光源发出的激光分为两束光强相等的光信号，分别为反射光信号和透射光信号；其中，反射光信号经m-z干涉仪的长臂传输到第二多模干涉耦合器；透射光信号在m-z干涉仪的短臂传输，并由受量子随机数发生器控制的相位调制器对其进行相位编码后进入第二多模干涉耦合器。
9、优选的，所述m-z干涉仪的长臂采用延时线路。
10、优选的，反射光信号经m-z干涉仪的长臂传输到第二多模干涉耦合器后出射作为参考光，透射光信号经m-z干涉仪的短臂传输到第二多模干涉耦合器后出射作为信号光。
11、优选的，通信双方的信号光的相位差为0、+π或-π。
12、优选的，通信双方的光信号的相位差为+π或-π。
13、优选的，所述密钥管理模块包括量子网关、密钥管理终端和探测端；
14、所述探测端包括分束器、第一单光子探测器、第二单光子探测器、时间采集装置和第二时钟信号模块；
15、光信号通过量子信道进入探测端后，经分束器进入第一单光子探测器、第二单光子探测器进行测量，光信号转换为电信号，得到的测量结果传入由第二时钟信号模块控制的时间采集装置中进行采集，并记录到密钥管理终端中，由密钥管理终端通过量子网关发送到云端服务器，并由云端服务器将结果发送到通信双方。
16、优选的，所述第一单光子探测器、第二单光子探测器均采用雪崩单光子探测器。
17、一种5g通信的量子密钥分发方法，基于所述的一种5g通信的量子密钥分发系统实现，包括以下步骤：
18、s1：系统初始化：检测、调试5g通讯设备、云端服务器和密钥管理模块，并设定初始值；
19、s2：通信请求发送与接收：通信双方向云端服务器发出请求，云端服务器向密钥管理模块传递并得到就绪指令后向通信方传递发送指令；
20、s3：量子密钥发送：由时钟信号触发量子芯片工作，通信双方向探测端发送的光信号同时到达探测端进行探测；
21、s4：量子密钥测量：通信双方发送的光信号在探测端发生双光子干涉，根据通信双方所加载的信息，探测器发生不同的响应，探测的结果由密钥管理模块通过云端服务器发送到通信双方；
22、s5：密钥筛选和保密增强：通信双方根据探测结果进行信息比对、对基筛码和比特翻转，形成筛选密钥；然后在筛选密钥中随机挑选部分数据，通过计算所筛选的数据获得误码率，并判断是否存在窃听，若误码率高于阈值，则存在窃听，立刻终止通信并丢弃已生成的筛选码，若无窃听，则再次对筛选密钥进行数据协调，信息协调前后通信双方的互信息保持不变，最后通过保密增强协议进行数据保密增强，实现通信双方得到一致的量子密钥。
23、本专利技术有益的技术效果：
24、本专利技术提供了一种5g通信的量子密钥分发系统及方法，通过在5g通讯设备中搭载量子芯片，将5g通信和量子通信紧密结合，使通信更便捷、更安全；而且通过高度集成的量子芯片技术，实现板载到智能手机等5g通讯设备上，大大拓宽了量子密钥分发的使用场景。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种5G通信的量子密钥分发系统，其特征在于，包括5G通讯设备、云端服务器和密钥管理模块；其中，所述5G通讯设备搭载有量子芯片；
2.根据权利要求1所述的一种5G通信的量子密钥分发系统，其特征在于，所述量子芯片集成有第一时钟信号模块、激光光源、M-Z干涉仪和可调光衰减器；
3.根据权利要求2所述的一种5G通信的量子密钥分发系统，其特征在于，所述M-Z干涉仪包括第一多模干涉耦合器、第二多模干涉耦合器、相位调制器和量子随机数发生器；
4.根据权利要求3所述的一种5G通信的量子密钥分发系统，其特征在于，所述M-Z干涉仪的长臂采用延时线路。
5.根据权利要求3所述的一种5G通信的量子密钥分发系统，其特征在于，反射光信号经M-Z干涉仪的长臂传输到第二多模干涉耦合器后出射作为参考光，透射光信号经M-Z干涉仪的短臂传输到第二多模干涉耦合器后出射作为信号光。
6.根据权利要求5所述的一种5G通信的量子密钥分发系统，其特征在于，通信双方的信号光的相位差为0、+π或-π。
7.根据权利要求6所述的一种5G通信的量子密钥分发系统
8.根据权利要求1所述的一种5G通信的量子密钥分发系统，其特征在于，所述密钥管理模块包括量子网关、密钥管理终端和探测端；
9.根据权利要求8所述的一种5G通信的量子密钥分发系统，其特征在于，所述第一单光子探测器、第二单光子探测器均采用雪崩单光子探测器。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的系统的一种5G通信的量子密钥分发方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种5g通信的量子密钥分发系统，其特征在于，包括5g通讯设备、云端服务器和密钥管理模块；其中，所述5g通讯设备搭载有量子芯片；
2.根据权利要求1所述的一种5g通信的量子密钥分发系统，其特征在于，所述量子芯片集成有第一时钟信号模块、激光光源、m-z干涉仪和可调光衰减器；
3.根据权利要求2所述的一种5g通信的量子密钥分发系统，其特征在于，所述m-z干涉仪包括第一多模干涉耦合器、第二多模干涉耦合器、相位调制器和量子随机数发生器；
4.根据权利要求3所述的一种5g通信的量子密钥分发系统，其特征在于，所述m-z干涉仪的长臂采用延时线路。
5.根据权利要求3所述的一种5g通信的量子密钥分发系统，其特征在于，反射光信号经m-z干涉仪的长臂传输到第二多模干涉耦合器后出射作...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭邦红，吴俊森，谢欢文，
申请(专利权)人：广东国腾量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。