CN104518869B - 一种qkd系统中关键器件测试验证装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于量子保密通信技术领域，提出了一种QKD系统中关键器件测试验证装置，包括量子密钥分发系统发送方和量子密钥分发系统接收方，发送方和接收方之间通过光纤连接，其特征在于：发送方和接收方中分别设置有密钥协商模块、经典通信接口、量子光学系统、数据显示与人机交互模块和数据分析模块，数据显示与人机交互模块用于对各关键器件的测试参数进行设置，并将测试过程中采集到的测试数据发送到数据分析模块，以及将数据分析模块得到的测试结果进行显示输出。本发明通过数据分析模块计算分析测试数据，得出各关键器件的测试参数之间的相关性，增加了测试结论的可靠性和可信性。

Description

一种QKD系统中关键器件测试验证装置
技术领域
本发明属于保密通信技术领域，具体涉及一种QKD系统中关键器件测试验证装置。
背景技术
量子通信是近二十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。近来这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展，高效安全的信息传输日益受到人们的关注。
物理上，量子通信可以被理解为在物理极限下，利用量子效应实现的高性能通信。信息学上，我们则认为量子通信是利用量子力学的基本原理(如量子态不可克隆原理和量子态的测量塌缩性质等)或者利用量子态隐形传输等量子系统特有属性，以及量子测量的方法来完成两地之间的信息传递。
以量子密钥分发(QKD)协议为基础的量子密码技术是现阶段量子通信最重要的实际应用之一。传统的密码学是以数学为基础的密码体制，而量子密码以量子力学为基础，它的安全性是建立在测不准原理、量子的不可克隆及量子相干性等物理特性之上的，被证明是绝对安全的。
QKD系统是一种基于QKD协议的量子通信系统，由于其中生成、传输和接收的量子信息的不可重复测量性决定了QKD系统测试有别于经典通信系统测试的特殊性。
一方面，QKD系统运行结果是QKD系统中的各个关键器件之间及关键器件的各个技术指标之间相互影响、相互制约的结果。比如探测率不正常，很可能是光源波长异常、底宽加大或探测器有效门宽降低引起的，因此需要对这些指标进行实时监控和测试，通过对测试数据的统计分析发现和验证各个关键器件之间及关键器件的各个技术指标之间的相关性，以发现系统缺陷、调试系统性能和提高系统效率。
另一方面，由于现阶段量子信号制备的困难性使量子信号制备成本远超过经典信号制备成本，这决定了QKD系统的测试成本远远大于经典通信系统的测试成本。
当前的QKD系统的测试工具为分散的测试工具，只能对单个设备进行测试，分别测试完成后，组成量子密钥分发系统后还需要对各个器件进行统一的测试。由于QKD系统的特殊性，分散的测试工具会造成如下后果：
一是由于忽视了系统中各个关键器件之间的相关性对系统运行结果的影响，使其测试过程缺乏系统性，测试结果缺乏系统分析，从而使获得的测试结论往往具有片面性。
二是大大增加了重复测试的次数，浪费了时间，大大增加了测试成本。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种QKD系统中关键器件测试验证装置，包括量子密钥分发系统发送方和量子密钥分发系统接收方，发送方和接收方之间通过光纤连接，其特征在于：发送方和接收方中分别设置有密钥协商模块、经典通信接口、量子光学系统、数据显示与人机交互模块和数据分析模块，发送方和接收方中的经典通信接口彼此通过光纤搭建经典信道，发送方和接收方中的量子光学系统彼此通过光纤搭建量子信道，数据显示与人机交互模块用于对各关键器件的测试参数进行设置，并将测试过程中采集到的测试数据发送到数据分析模块，以及将数据分析模块得到的测试结果进行显示输出。
所述各关键器件的测试参数至少包括如下的一种或几种：单光子探测器的有效门宽、暗计数、探测率，诱骗态光源的底宽、半高宽、波长，光模块的光损耗，及密钥协商模块的成码率、错误率和反馈效率。
本发明的有益效果是：
1.通过数据显示与人机交互模块对测试参数进行设置、实时采集和监控测试数据并显示输出测试结果，这降低了测试过程的复杂性，提高了测试效率，便于对测试结果进行分析判断；
2.通过数据分析模块计算分析测试数据，得出各关键器件的测试参数之间的相关性，这增加了测试结论的可靠性和可信性。
附图说明
图1是本发明QKD系统中关键器件测试验证装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明的QKD系统中关键器件测试验证装置，包括量子密钥分发系统发送方Alice和量子密钥分发系统接收方Bob，发送方Alice和接收方Bob之间通过光纤连接。发送方Alice中设置有第一密钥协商模块、第一经典通信接口、发送方量子光学系统、第一数据显示与人机交互模块和第一数据分析模块；接收方Bob中设置有第二密钥协商模块、第二经典通信接口、接收方量子光学系统、第二数据显示与人机交互模块和第二数据分析模块。
所述第一密钥协商模块、第二密钥协商模块分别控制发送方量子光学系统、接收方量子光学系统，所述发送方量子光学系统与接收方量子光学系统通过光纤搭建量子信道，发送方Alice和接收方Bob通过量子信道实现量子光学信号的传输；所述第一密钥协商模块、第二密钥协商模块分别通过第一经典通信接口、第二经典通信接口进行双方的密钥协商，所述第一经典通信接口与第二经典通信接口通过光纤搭建经典信道，发送方Alice和接收方Bob通过经典信道实现经典网络数据的传输。
所述第一数据显示与人机交互模块分别与第一密钥协商模块、发送方量子光学系统和第一数据分析模块相连，用于对发送方Alice中的各关键器件的测试参数进行设置，并将测试过程中采集到的测试数据发送到第一数据分析模块，以及将第一数据分析模块得到的测试结果进行显示输出。
所述第二数据显示与人机交互模块分别与第二密钥协商模块、接收方量子光学系统和第二数据分析模块相连，用于对接收方Bob中的各关键器件的测试参数进行设置，并将测试过程中采集到的测试数据发送到第二数据分析模块，以及将第二数据分析模块得到的测试结果进行显示输出。
所述各关键器件的测试参数至少包括如下的一种或几种：单光子探测器的有效门宽、暗计数、探测率，诱骗态光源的底宽、半高宽、波长，光模块的光损耗，及密钥协商模块的成码率、错误率和反馈效率。
例如，如果要测试单光子探测器的有效门宽，则通过所述第二数据显示与人机交互模块对接收方Bob中的单光子探测器设定不同的有效门宽；第二数据显示与人机交互模块采集QKD过程中相应的测试数据，如密钥协商模块的成码率、错误率和反馈效率等，连同有效门宽的设定值一同发送给第二数据分析模块：第二数据分析模块计算分析有效门宽的取值与成码率等参数的相关性，将测试结果输出至第二数据显示与人机交互模块进行显示。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。
本领域技术人员应该明白，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种QKD系统中关键器件测试验证装置，包括量子密钥分发系统发送方和量子密钥分发系统接收方，发送方和接收方之间通过光纤连接，其特征在于：发送方和接收方中分别设置有密钥协商模块、经典通信接口、量子光学系统、数据显示与人机交互模块和数据分析模块，发送方和接收方中的经典通信接口彼此通过光纤搭建经典信道，发送方和接收方中的量子光学系统彼此通过光纤搭建量子信道，数据显示与人机交互模块用于对各关键器件的测试参数进行设置，并将测试过程中采集到的测试数据发送到数据分析模块，以及将数据分析模块得到的测试结果进行显示输出；所述数据分析模块用于计算分析测试数据，得出各关键器件的测试参数之间的相关性。
2.如权利要求1所述的一种QKD系统中关键器件测试验证装置，其特征在于，所述各关键器件的测试参数至少包括如下的一种或几种：单光子探测器的有效门宽、暗计数、探测率，诱骗态光源的底宽、半高宽、波长，光模块的光损耗，及密钥协商模块的成码率、错误率和反馈效率。
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