CN107968694A - 一种基于量子密钥分配的无源光网络系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于量子密钥分配的无源光网络系统，包括系统公共端、系统中间分路端以及多路系统客户端，本发明在多路系统客户端将量子信号与时钟同步信号、经典信号进行波分复用，以及在系统公共端将时钟同步信号和经典信号进行波分复用，节约了光纤资源和降低建设成本；量子秘钥分配设备在运行过程中，用于传输对基、误码估计、秘钥纠错等经典数据借用了传统无源光网络中的上下行经典信号的部分带宽，不仅降低了系统的复杂度，而且节约了成本；另外，系统中间分路端部分将量子光和经典光剥离，可以大大减小经典光对量子信道产生的噪声影响和量子光的损耗，使得最终获得的量子密钥率大大增加。

Description

一种基于量子密钥分配的无源光网络系统
技术领域
本发明涉及光传输安全通信技术领域，特别涉及一种基于量子密钥分配的无源光网络系统。
背景技术
随着科学技术的迅猛发展，信息传递成为人们生活、工作中不可缺少的一部分。当人们在享受高速通信传输带来的便利时，通信安全问题则成为人们迫切需要解决的问题之一。目前，网络信息加密大多使用的是一种公开密钥加密体系，其过程是通过算法生成公钥和私钥，公钥通过网络传输至解密端，私钥则留在加密侧。随着量子计算技术的快速发展，这种传统的加密算法产生的密钥安全性受到了越来越大的威胁。
量子密钥分配是基于1984年物理学家Bennett和密码学家Brassard提出BB84协议而产生量子密钥的一种技术，该技术基于量子力学的测量原理从而保证了密钥的绝对安全性。
基于量子密钥分配(QKD-Quantum Key Distribution)技术的点对点加密网络在布局中，一般在加密网络的客户端设置QKD接收端，而在QKD接收端会布设若干单光子探测器，由于现阶段单光子探测器的高成本性以及光缆的高额铺设费用等原因，使得量子密钥加密网络难以实现大规模的商用。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于量子密钥分配的无源光网络系统，以解决现阶段在点对点加密网络在布局中，加密网络的客户端需要设置QKD接收端，而QKD接收端需要布设若干单光子探测器，由于单光子探测器的高成本性以及光缆的高额铺设费用等原因，使得量子密钥加密网络难以实现大规模的商用的技术性缺陷。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于量子密钥分配的无源光网络系统，包括系统公共端、系统中间分路端以及多路系统客户端，所述各路的系统客户端均包括光网络单元、QKD发射端以及第一波分复用器，所述QKD发射端分别连接第一波分复用器与光网络单元，所述光网络单元与第一波分复用器连接，所述系统中间分路端包括光分路器、第二波分复用器以及多路与第一波分复用器对应的三端口带通滤波器，所述三端口带通滤波器的透射端口通过光纤连接第一波分复用器，输入端口连接第二波分复用器，反射端口连接光分路器，所述系统公共端包括光线路终端、QKD接收端以及第三波分复用器，所述第二波分复用器通过光纤连接QKD接收端，所述QKD接收端与光线路终端连接，所述光线路终端与第三波分复用器连接，所述第三波分复用器连接通过光纤连接光分路器，所述无源光网络系统还包括用于探测量子光脉冲信号的同步光信号收发网络单元。
优选地，所述同步光信号收发网络单元包括同步光时钟接收单元以及同步光时钟发射单元，所述同步光时钟接收单元设置在系统客户端，所述同步光时钟发射单元设置在系统公共端，所述同步光时钟接收单元分别连接QKD发射端与第一波分复用器，所述同步光时钟发射单元分别连接QKD接收端与第三波分复用器。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
1、本发明的基于量子密钥分配的无源光网络系统，通过在网络系统的系统客户端设置OKD发射端，在系统公共端设置QKD接收端，在QKD系统中，由于系统公共端与系统客户端是一对多的关系，而QKD设备中仅需要在QKD接收端设置单光子探测器，本发明摒弃了在多路系统客户端均设置单光子探测器的方式，只在系统公共端设置价格较为昂贵的单光子探测器，也可满足对无源光网络系统量子密钥的分配，降低了QKD设备中单光子探测器部分高成本；
2、本发明在系统中间分路端将量子信号与时钟同步信号的波分复用，可以直接使用现有的光纤网络而避免了重新架设新的光纤，节约了光纤资源和降低设备运维成本；
3、本发明在系统中间分路端部分将量子光和经典光剥离，不仅可以减小经典光对量子信号的影响，而且可以大大减小量子光的损耗，使得最终获得的量子密钥率大大增加。
附图说明
图1为本发明基于量子密钥分配的无源光网络系统的原理框图。
图中：系统公共端100，光线路终端101、QKD接收端102以及第三波分复用器103，系统中间分路端200，光分路器201、第二波分复用器202，三端口带通滤波器203，系统客户端300，光网络单元301、QKD发射端302，第一波分复用器303，同步光时钟接收单元400，同步光时钟发射单元500。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明进行清楚、完整地描述。
如图1所示，一种基于量子密钥分配的无源光网络系统，包括系统公共端100、系统中间分路端200以及多路系统客户端300，所述各路的系统客户端300均包括光网络单元301、QKD发射端302以及第一波分复用器303，所述QKD发射端302分别连接第一波分复用器303与光网络单元301，其中，光网络单元301预留出QKD设备后处理信息传输的带宽，所述光网络单元301与第一波分复用器303连接，所述第一波分复用器303用于将光网络单元301传输的经典信息以及QKD发射端302发出的量子信息复用到一条光纤上，继而传输至系统中间分路端200，所述系统中间分路端200包括光分路器201、第二波分复用器202以及多路与第一波分复用器303对应的三端口带通滤波器203，所述三端口带通滤波器203的透射端口通过光纤连接第一波分复用器303，输入端口连接第二波分复用器202，反射端口连接光分路器201，所述三端口宽带滤波器203是将量子信号光与强光(同步时钟光和经典光)分离，所述光分路器201的作用是将经典光和时钟同步光等分为N份，传输给N个光网络单元301，所述系统公共端100包括光线路终端101、QKD接收端102以及第三波分复用器103，所述第二波分复用器202通过光纤连接QKD接收端102，所述第二波分复用器202是将不同路光网络单元301侧的QKD量子光复用在一根光纤中传输，所述第三波分复用器103是将同步时钟光和经典光复用(解复用)，所述QKD接收端102与光线路终端101连接，所述光线路终端101与第三波分复用器103连接，所述第三波分复用器103连接通过光纤连接光分路器201，所述无源光网络系统还包括用于探测量子光脉冲信号的同步光信号收发网络单元。
所述同步光信号收发网络单元包括同步光时钟接收单元400以及同步光时钟发射单元500，所述同步光时钟接收单元400以及同步光时钟发射单元500的作用是使得QKD发射端302以及QKD接收端102保持量子光脉冲的一一对应关系，所述同步光时钟接收单元400设置在系统客户端300，所述同步光时钟发射单元500设置在系统公共端100，所述同步光时钟接收单元400分别连接QKD发射端302与第一波分复用器303，所述同步光时钟发射单元500分别连接QKD接收端102与第三波分复用器103，为了各路的系统客户端300的QKD发射端302保持时钟同步，故将同步光时钟发射单元500置于QKD接收端102，即是系统公共端100。
综合本发明的结构原理可知，本发明采用量子信号与时钟同步信号的波分复用，可以直接使用现有的光纤网络而避免了重新架设新的光纤，而且可以节约光纤资源和降低设备运维成本；将量子密钥分配技术和传统的无源光网络进行有机的结合，不仅使得量子密钥加密技术有了更加广泛的应用前景，而且采用量子密钥分配多发一收的模式可以节省大量的成本，使得广泛商用化变得切实可行。
基于量子密钥分配的无源光网络系统可以解决点对多点的通信加密需求，而且所述的波分复用可以大大节约了光纤资源，节约了建设成本。
所述的系统中间分路端使用波分复用器将量子光和经典光剥离，可以大大减小了经典光对量子光的影响以及量子光的损耗，使得最终获得的量子密钥率大大增加。

Claims (2)

1.一种基于量子密钥分配的无源光网络系统，包括系统公共端、系统中间分路端以及多路系统客户端，其特征在于：所述各路的系统客户端均包括光网络单元、QKD发射端以及第一波分复用器，所述QKD发射端分别连接第一波分复用器与光网络单元，所述光网络单元与第一波分复用器连接，所述系统中间分路端包括光分路器、第二波分复用器以及多路与第一波分复用器对应的三端口带通滤波器，所述三端口带通滤波器的透射端口通过光纤连接第一波分复用器，输入端口连接第二波分复用器，反射端口连接光分路器，所述系统公共端包括光线路终端、QKD接收端以及第三波分复用器，所述第二波分复用器通过光纤连接QKD接收端，所述QKD接收端与光线路终端连接，所述光线路终端与第三波分复用器连接，所述第三波分复用器连接通过光纤连接光分路器，所述无源光网络系统还包括用于探测量子光脉冲信号的同步光信号收发网络单元。
2.如权利要求1所述的基于量子密钥分配的无源光网络系统，其特征在于，所述同步光信号收发网络单元包括同步光时钟接收单元以及同步光时钟发射单元，所述同步光时钟接收单元设置在系统客户端，所述同步光时钟发射单元设置在系统公共端，所述同步光时钟接收单元分别连接QKD发射端与第一波分复用器，所述同步光时钟发射单元分别连接QKD接收端与第三波分复用器。
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