CN108737074B - 一种信息同步方法和装置 - Google Patents

一种信息同步方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108737074B
CN108737074B CN201710238623.6A CN201710238623A CN108737074B CN 108737074 B CN108737074 B CN 108737074B CN 201710238623 A CN201710238623 A CN 201710238623A CN 108737074 B CN108737074 B CN 108737074B
Authority
CN
China
Prior art keywords
frame
quantum
synchronization
delay
synchronous
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710238623.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108737074A (zh
Inventor
贾云
姚海涛
唐世彪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Quantumctek Co Ltd
Original Assignee
Quantumctek Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Quantumctek Co Ltd filed Critical Quantumctek Co Ltd
Priority to CN201710238623.6A priority Critical patent/CN108737074B/zh
Publication of CN108737074A publication Critical patent/CN108737074A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108737074B publication Critical patent/CN108737074B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
    • H04L9/0852—Quantum cryptography
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00—Time-division multiplex systems
    • H04J3/02—Details
    • H04J3/06—Synchronising arrangements
    • H04J3/0602—Systems characterised by the synchronising information used
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00—Time-division multiplex systems
    • H04J3/02—Details
    • H04J3/06—Synchronising arrangements
    • H04J3/0635—Clock or time synchronisation in a network
    • H04J3/0638—Clock or time synchronisation among nodes; Internode synchronisation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00—Time-division multiplex systems
    • H04J3/02—Details
    • H04J3/06—Synchronising arrangements
    • H04J3/0635—Clock or time synchronisation in a network
    • H04J3/0682—Clock or time synchronisation in a network by delay compensation, e.g. by compensation of propagation delay or variations thereof, by ranging
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L7/00—Arrangements for synchronising receiver with transmitter
    • H04L7/0075—Arrangements for synchronising receiver with transmitter with photonic or optical means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

本发明公开了一种信息同步方法，应用于量子密钥分发系统，包含三个步骤：第一步延时计算：计算信号光从发射端传输到接收端的时延；第二步帧同步：通过经典信道进行帧同步，即确定帧；第三步帧内位置同步：根据第一步计算得到的传输时延，对量子信道上的量子信号光进行帧内位置同步，即确定帧内第几个脉冲。本发明还公开了一种信息同步装置。本发明相比现有技术具有以下优点：1、不需要发送额外的同步光，连接系统两端的光纤中只传输一个波长的光信号，即只占用一个信道。2、系统接收端不需要使用波分复用器件，直接采用单光子探测器进行探测，节省了器件。3、通过三个步骤完成系统两端同步的方案，实现效率高。

Description

一种信息同步方法和装置
技术领域
本发明涉及量子保密通信领域，特别是提供了一种适用于量子密钥分发系统的同步方法。
背景技术
量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)与经典密钥体系的根本不同在于其采用单个光子或纠缠光子对作为密钥的载体，由量子力学的基本原理保证了该过程的不可窃听、不可破译性，从而提供了一种更为安全的密钥体系。目前，利用纠缠光子对实现量子密钥分发的技术距离产品化、实用化还有一定的距离，所以现有商用QKD系统多采用基于单光子实现的量子密钥分发技术。
以偏振编码为例，基于单光子实现的量子密钥分发基本过程是：
1)发射端Alice随机发送一串具有不同偏振态的光子；
2)接收端Bob随机选用测量基矢进行接收，由于探测器的效率和路径衰减问题，Bob不能探测到所有的光子信号，只能随机的在一些位置上探测到光子；
3)Bob通知Alice他在探测到光子位置上使用的是哪一种基矢；
4)Alice比对自己发送使用的基矢和Bob测量使用的基矢，若两者一致，则保留该位置上的信息，并且通知Bob哪些位置使用的基矢是正确的；
5)Bob同样保留测量基矢正确位置上的信息；
6)这样，Alice和Bob就共享了一串随机的数据(基矢比对后的密钥)，然后经过纠错和保密增强等处理过程，最终完成在两端分发一串安全密钥。
由上述过程可以看出，在量子密钥分发过程中，Alice和Bob需要进行基矢比对的过程，即比对Alice在某一个位置上发送光子所使用的基矢和Bob在探测这一位置的光子所使用的基矢是否一致。为了保证Alice和Bob在同一个位置上进行基矢比对，系统两端的同步就显得尤其重要。
现有QKD系统的同步方法一般采用单独发射同步光的方案。同步光的频率比量子信号光的频率低很多，例如量子信号光发射频率为40MHz，同步光频率为100KHz。参照图1所示，发射端以同步光作为参考，两个同步光之间的量子信号光组成一帧并编号。接收端Bob可以连续接收到同步光脉冲，根据对同步光的编号即可确定探测到的量子信号属于第几帧。并且在发射端，量子信号光的光脉冲以固定的频率连续发送，相邻两个光脉冲之间具有固定的时隙。所以Bob以接收到的同步光作为参考，测量某一探测到的量子信号光与其之间的距离，即可确定出该量子信号是帧中的第几个，从而完成Alice与Bob之间的同步。
现有单独发射同步光的同步方案，系统发射端Alice需要设置同步光的波长不同于系统的量子信号光，然后通过波分复用，和量子信号光耦合在一根光纤中传输到系统接收端Bob。例如现有申请号为201010108798.3的专利《一种用于量子密钥分发的同步装置及同步方法》即采用这种同步方法。
使用独立同步光的方案，需要增加额外的同步光激光器，首先增加了系统成本。另外同步光波长与量子信号光波长不同，传输过程中需要增加一个信道。因此若不使用同步光，仅使用量子信号光完成同步相对于现有使用同步光的方案会有明显的进步与优势。
现有专利号为US8391491B2的专利《Communication system andsynchronization control method》给出了另外一种同步方法。该同步方法没有使用同步光，同步的方法为设置Alice和Bob之间比特偏移值GD，和Bob内部比特偏移值GI，根据比对后的量子比特错误率QBER来不断移动两边的对应关系，直到错误率降到可接受范围内，即完成同步。该方案的不足之处：首先Bob内部存在偏差的情况(Bob端记录的测量基矢与测量结果之间错位)完全可以避免，所以我们的提案不考虑Bob内部存在偏差的情况。即我们所说的同步与该专利中“Alice和Bob之间比特偏移值GD”对应。其次该专利使用一次次尝试并判断QBER的方案来进行同步，实现效率很低，尤其是在高频率光源的QKD系统中，实现效率极低。
综上，现有技术采用独立同步光进行同步的方法，首先需要配备同步光激光器，增加了研制成本。另外同步光的波长不同于量子信号光波长，然后通过波分复用，耦合在一根光纤中进行传输。所以系统两端之间的光纤中除了传输量子信号光之外，还需要传输另外一个波长的同步光，即需要占用两个信道。
现有技术不采用同步光即可完成同步的方案，实现效率很低，对于高速QKD系统不具实用性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供了一种不需要使用独立的同步光并且实现效率较高的信息同步方法。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种信息同步方法，应用于量子密钥分发系统，包含三个步骤：
第一步延时计算：计算信号光从发射端传输到接收端的时延；
第二步帧同步：通过经典信道进行帧同步，即确定帧；
第三步帧内位置同步：根据第一步计算得到的传输时延，对量子信道上的量子信号光进行帧内位置同步，即确定帧内第几个脉冲。
优选的，所述第一步延时计算包括以下步骤：
系统发射端Alice首先通过经典信道传送一个“启动命令”给系统接收端Bob，同时，在“启动命令”发出后，延时t，开始以固定频率f1发送量子信号光；
系统接收端Bob通过经典信道接收到“启动命令”的同时，产生第一个“start信号”，后面按照固定频率f1产生“start信号”；
系统接收端Bob探测到量子信号光相对于“start信号”的延时距离，记为t＇，计算延时变化Δt＝t＇-t。
优选的，上述第一步延时计算中，系统发射端Alice发送量子信号光的持续时间为T，系统接收端Bob产生“start信号”的持续时间为T，在时间T内统计出现频率最大的延时距离即为实际探测到光信号相对于“start信号”的延时距离，记为t＇。
优选的，所述第二步帧同步包括：
系统开始工作，系统发射端Alice首先通过经典信道发送一个同步帧，并且对发送的同步帧按照一定规则进行编号，每个同步帧后面跟着发送一组量子信号光，该组量子信号光组成一个量子信息帧，帧编号同前面一个同步帧的编号；
系统接收端Bob在经典信道上接收到同步帧，且将该同步帧之后和下一个同步帧之前探测到的量子信号组成一个量子信息帧，帧编号同前面一个同步帧的编号；
系统两端相同编号的量子信息帧为一组对应，根据该帧编号即完成帧同步。
优选的，上述第二步帧同步过程中，系统发射端Alice在经典信道上按照固定的频率f1发送同步帧，两个同步帧之间的时间间隔内，在量子信道上按照固定的频率f2发射一组量子信号光，其中f2大于f1，其中同步帧中包含帧编号信息和启动时刻TSn(n即为帧编号，是整数)，同步帧的发送时刻为TFn，系统发射端Alice发出同步帧，到达启动时刻TSn后，开始发送一组量子信号光，该组量子信号光的持续时间为tquantum；
系统接收端Bob的探测方案：在经典信道上接收到一个同步帧后，解析得到启动时刻TSn，到达启动时刻TSn后，启动单光子探测器开始工作，单光子探测器工作固定的一段时间Tquantum+Tdelay后，结束工作，Tdelay根据网络延时设置，需满足((TSn-TFn)+Tquantum+Tdelay)<1/f1。
优选的，所述第三步帧内位置同步包括：
系统接收端Bob在经典信道上接收到同步帧的同时，产生一个“start信号”给TDC，使用TDC测量随后的量子信息帧中每一个探测信号相对于“start信号”的延时距离，记为Δtn，Bob端探测到的一帧量子信号内，第n个信号与Alice端第n＇个信号对应，其中n＇是整数，n＇＝(Δtn-(TSn-TFn+Δt))/(1/f2)+1。
本发明还公开一种信息同步装置，应用于量子密钥分发系统，包含三个模块：
延时计算模块：用来计算信号光从发射端传输到接收端的时延；
帧同步模块：用来通过经典信道进行帧同步，即确定帧；
帧内位置同步模块：用来根据延时计算模块计算得到的传输时延，对量子信道上的量子信号光进行帧内位置同步，即确定帧内第几个脉冲。
所述延时计算模块进一步包括：
发射单元：执行“启动命令”以及发送量子信号光的任务，系统发射端Alice首先通过经典信道传送一个“启动命令”给系统接收端Bob，同时，在“启动命令”发出后，延时t，开始以固定频率f1发送量子信号光，持续时间为T；
接收单元：执行接收“启动命令”以及接收量子信号光的任务，系统接收端Bob通过经典信道接收到“启动命令”的同时，产生第一个“start信号”，后面按照固定频率f1产生“start信号”，持续时间为T；
延时计算单元：用于计算延时变化，系统接收端Bob探测到量子信号光相对于“start信号”的延时距离，在时间T内统计出现频率最大的延时距离即为实际探测到光信号相对于“start信号”的延时距离，记为t＇，计算延时变化Δt＝t＇-t。
所述帧同步模块进一步包括：
帧同步发射单元：用来执行发送同步帧以及发送量子信号光的任务，系统发射端Alice在经典信道上按照固定的频率f1发送同步帧，两个同步帧之间的时间间隔内，在量子信道上按照固定的频率f2发射一组量子信号光，其中f2大于f1，其中同步帧中包含帧编号信息和启动时刻TSn(n即为帧编号，是整数)，同步帧的发送时刻为TFn，系统发射端Alice发出同步帧，到达启动时刻TSn后，开始发送一组量子信号光，该组量子信号光的持续时间为tquantum；
帧同步探测单元：用来执行同步帧接收以及量子信号光的接收任务，在经典信道上接收到一个同步帧后，解析得到启动时刻TSn，到达启动时刻TSn后，启动单光子探测器开始工作，单光子探测器工作固定的一段时间Tquantum+Tdelay后，结束工作，Tdelay根据网络延时设置，需满足((TSn-TFn)+Tquantum+Tdelay)<1/f1。
所述帧内位置同步模块进一步包括：帧内位置计算单元，用来计算系统接收端Bob与系统发射端Alice的对应信号，系统接收端Bob在经典信道上接收到同步帧的同时，产生一个“start信号”给TDC，使用TDC测量随后的量子信息帧中每一个探测信号相对于“start信号”的延时距离，记为Δtn，Bob端探测到的一帧量子信号内，第n个信号与Alice端第n＇个信号对应，其中n＇是整数，n＇＝(Δtn-(TSn-TFn+Δt))/(1/f2)+1。
本发明相比现有技术具有以下优点：
1、本申请提案不需要发送额外的同步光，而是通过在经典信道上传输一组具有规则编码的数据(即同步帧)来实现同步，同步帧并非光信号，这样连接系统两端的光纤中只传输一个波长的光信号，即只占用一个信道。现有技术中利用一路波长不同于量子信号的同步光来完成同步，光纤中需要传输两个波长的光信号，即需要占用两个信道。所以本申请提案可以节省一个信道，在组建大规模量子通信网络时，具有可观的经济效益。
2、现有使用独立波长同步光的方案，在接收端需要采用波分复用器件将同步光分出后用专门的探测器件(如PIN管)进行探测。本提案系统接收端不需要使用波分复用器件，直接采用单光子探测器进行探测，节省了器件。
3、本申请通过“延时计算”、“帧同步”和“帧内位置同步”三个步骤完成系统两端同步的方案，实现效率高，适用于各种速率的QKD系统。
附图说明
图1是现有使用独立同步光进行同步的方法示意图；
图2是本发明提供的信息同步方法的流程图；
图3是本发明提供的信息同步方法的延时计算步骤的系统发射端的信号发射原理图；
图4是本发明提供的信息同步方法的延时计算步骤的系统接收端的信号接收原理图；
图5是本发明提供的信息同步方法的帧同步步骤的发射端和接收端的信号发射接收原理图；
图6是本发明提供的信息同步方法的帧同步步骤的原理图；
图7是本发明提供的信息同步方法的帧内位置同步的原理图；
图8是本发明提供的信息同步方法的具体实施例的延时计算步骤的系统发射端的信号发射原理图；
图9是本发明提供的信息同步方法的具体实施例的延时计算步骤的系统接收端的信号接收原理图；
图10是本发明提供的信息同步方法的具体实施例的帧同步步骤的发射端和接收端的信号发射接收原理图；
图11是本发明提供的信息同步方法的具体实施例的帧同步步骤的原理图；
图12是本发明提供的信息同步方法的具体实施例的帧内位置同步的原理图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
请参阅图2所示，本发明提供了一种应用于量子密钥分发系统的同步方法，不需要发射额外的同步光。该方法包含三个步骤：第一步延时计算：计算信号光从发射端传输到接收端的时延；第二步帧同步：通过经典信道进行帧同步，即确定帧；第三步帧内位置同步：根据第一步计算得到的传输时延，对量子信道上的量子信号光进行帧内位置同步，即确定帧内第几个脉冲。
第一步(延时计算)：
Alice端：Alice首先通过经典信道传送一个“启动命令”给Bob，同时，在“启动命令”发出后，延时t，开始以固定频率f1发送一组量子信号光，持续时间为T，如图3所示。
由于“启动命令”通过经典信道传输至Bob，“量子信号光”通过量子信道传输至Bob。两个传输路径的不同会导致到达Bob端时，第一个“量子信号光”相对于“启动命令”的延时不再是t。“延时计算”的目的就是要计算出该延时变化，以便在第三步帧内位置同步时能够修正该延时值。
Bob端：Bob通过经典信道接收到“启动命令”的同时，产生第一个“start信号”，后面按照固定频率f1产生“start信号”，持续时间为T，如图4所示。
Bob端使用单光子探测器探测量子信道上的量子信号光，输出“探测信号”，并使用TDC测量“探测信号”相对于“start信号”的延时距离。在时间T内统计出现频率最大的延时距离即为实际探测到光信号相对于“start信号”的延时距离，记为t＇。计算延时变化Δt＝t＇-t。
第二步(帧同步)：
如图5所示，系统发射端Alice的发光方案：在经典信道上按照固定的频率f1发送同步帧，两个同步帧之间的时间间隔内，在量子信道上按照固定的频率f2发射一组量子信号光，其中f2大于f1。其中同步帧中包含帧编号信息和启动时刻TSn(n即为帧编号，是整数)，同步帧的发送时刻为TFn(n即为帧编号)。Alice发出同步帧，到达启动时刻TSn后，开始发送一组量子信号光，该组量子信号光的持续时间为tquantum。
系统接收端Bob的探测方案：在经典信道上接收到一个同步帧后，解析得到启动时刻TSn，到达启动时刻TSn后，启动单光子探测器开始工作。单光子探测器工作固定的一段时间Tquantum+Tdelay后，结束工作。Tdelay可以根据网络延时设置，需满足((TSn-TFn)+Tquantum+Tdelay)<1/f1。
系统开始工作，发射端首先通过经典信道发送一个同步帧，并且对发送的同步帧按照一定规则进行编号。每个同步帧后面跟着发送一组量子信号光，该组量子信号光组成一个量子信息帧，帧编号同前面一个同步帧的编号。
接收端Bob在经典信道上接收到同步帧，且将该同步帧之后和下一个同步帧之前探测到的量子信号组成一个量子信息帧，帧编号同前面一个同步帧的编号。系统两端相同编号的量子信息帧为一组对应，根据该帧编号即可完成帧同步，如图6所示。
第三步(帧内位置同步)：
帧同步完成后，只需要在帧内找到Bob端探测脉冲与Alice端发射脉冲的对应关系即可完成同步。
系统接收端Bob在经典信道上接收到同步帧的同时，产生一个“start信号”给TDC。使用TDC测量随后的量子信息帧中每一个探测信号相对于“start信号”的延时距离，记为Δtn。如图7所示：
Bob端探测到的一帧量子信号内，第n个信号与Alice端第n＇个信号对应，其中n＇是整数，n＇＝(Δtn-(TSn-TFn+Δt))/(1/f2)+1
结合图8至图12，为一个具体的例子，该信息同步方法包括：
第一步(延时计算)：
Alice端：Alice首先通过经典信道传送一个“启动命令”给Bob，同时，在“启动命令”发出后，延时t＝5μs，开始以固定频率f1＝100KHz发送一组量子信号光，持续时间T＝2s，如图8所示。
Bob端：Bob通过经典信道接收到“启动命令”的同时，产生第一个“start信号”，后面按照固定频率f1＝100KHz产生“start信号”，持续时间T＝2s，如图9所示。
Bob端使用单光子探测器探测量子信道上的量子信号光，输出“探测信号”，并使用TDC测量“探测信号”相对于“start信号”的延时距离。在时间T内统计出现频率最大的延时距离即为实际探测到光信号相对于“start信号”的延时距离，记为t＇＝6μs。计算延时变化Δt＝t＇-t＝1μs。
第二步(帧同步)：
参照图10所示，系统发射端Alice的发光方案：在经典信道上按照固定的频率f1＝100KHz发送同步帧，两个同步帧之间的时间间隔内，在量子信道上按照固定的频率f2＝100MHz发射一组量子信号光。其中同步帧中包含帧编号信息和启动时刻TSn(n即为帧编号)，例如TSn＝500ns。同步帧的发送时刻为TFn(n即为帧编号)，例如TF1＝0ns。Alice发出同步帧，到达启动时刻500ns(TSn)后，开始发送一组量子信号光，该组量子信号光的持续时间为tquantum＝9000ns。
系统接收端Bob的探测方案：在经典信道上接收到一个同步帧后，解析得到启动时刻TSn＝500ns，到达启动时刻TSn后，启动单光子探测器开始工作。单光子探测器工作固定的一段时间Tquantum+Tdelay后，结束工作。Tdelay可以根据网络延时设置，例如Tdelay＝200ns。
系统开始工作，发射端首先通过经典信道发送一个同步帧，并且对发送的同步帧按照一定规则进行编号。每个同步帧后面跟着发送一组量子信号光，该组量子信号光组成一个量子信息帧，帧编号同前面一个同步帧的编号。
接收端Bob在经典信道上接收到同步帧，且将该同步帧之后和下一个同步帧之前探测到的量子信号组成一个量子信息帧，帧编号同前面一个同步帧的编号。系统两端相同编号的量子信息帧为一组对应，根据该帧编号即可完成帧同步，如图11所示。
第三步(帧内位置同步)：
帧同步完成后，只需要在帧内找到Bob端探测脉冲与Alice端发射脉冲的对应关系即可完成同步。
系统接收端Bob在经典信道上接收到同步帧的同时，产生一个“start信号”给TDC。使用TDC测量随后的量子信息帧中每一个探测信号相对于“start信号”的延时距离，记为Δtn。如图12所示：Δt1＝1530ns，Δt2＝1650ns，Δt3＝1780ns则对应关系为：
n＇＝(Δtn-(TSn-TFn+Δt))/(1/f2)+1
＝(Δtn-1500)/10+1
则探测到的第一帧内，第一个探测信号与Alice端第一帧量子信号内第4个对应；
第二个探测信号与Alice端第一帧量子信号内第16个对应；
第三个探测信号与Alice端第一帧量子信号内第29个对应。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种信息同步方法，应用于量子密钥分发系统，其特征在于，包含三个步骤：
第一步延时计算：计算信号光从发射端传输到接收端的时延；
第二步帧同步：通过经典信道进行帧同步，即确定帧；
第三步帧内位置同步：根据第一步计算得到的传输时延，对量子信道上的量子信号光进行帧内位置同步，即确定帧内第几个脉冲；
所述第二步帧同步包括：
系统开始工作，系统发射端Alice首先通过经典信道发送一个同步帧，并且对发送的同步帧按照一定规则进行编号，每个同步帧后面跟着发送一组量子信号光，该组量子信号光组成一个量子信息帧，帧编号同前面一个同步帧的编号；
系统接收端Bob在经典信道上接收到同步帧，且将该同步帧之后和下一个同步帧之前探测到的量子信号组成一个量子信息帧，帧编号同前面一个同步帧的编号；
系统两端相同编号的量子信息帧为一组对应，根据该帧编号即完成帧同步。
2.根据权利要求1所述的一种信息同步方法，其特征在于，所述第一步延时计算包括以下步骤：
系统发射端Alice首先通过经典信道传送一个“启动命令”给系统接收端Bob，同时，在“启动命令”发出后，延时t，开始以固定频率f1发送量子信号光；
系统接收端Bob通过经典信道接收到“启动命令”的同时，产生第一个“start信号”，后面按照固定频率f1产生“start信号”；
系统接收端Bob探测到量子信号光相对于“start信号”的延时距离，记为t＇，计算延时变化Δt＝t＇-t。
3.根据权利要求2所述的一种信息同步方法，其特征在于，所述第一步延时计算中，系统发射端Alice发送量子信号光的持续时间为T，系统接收端Bob产生“start信号”的持续时间为T，在时间T内统计出现频率最大的延时距离即为实际探测到光信号相对于“start信号”的延时距离，记为t＇。
4.根据权利要求2所述的一种信息同步方法，其特征在于，所述第二步帧同步中，系统发射端Alice在经典信道上按照固定的频率f1发送同步帧，两个同步帧之间的时间间隔内，在量子信道上按照固定的频率f2发射一组量子信号光，其中f2大于f1，其中同步帧中包含帧编号信息和启动时刻TSn，n即为帧编号，是整数，同步帧的发送时刻为TFn，系统发射端Alice发出同步帧，到达启动时刻TSn后，开始发送一组量子信号光，该组量子信号光的持续时间为tquantum；
系统接收端Bob在经典信道上接收到一个同步帧后，解析得到启动时刻TSn，到达启动时刻TSn后，启动单光子探测器开始工作，单光子探测器工作固定的一段时间Tquantum+Tdelay后，结束工作，Tdelay根据网络延时设置，需满足((TSn-TFn)+Tquantum+Tdelay)<1/f1。
5.根据权利要求4所述的一种信息同步方法，其特征在于，所述第三步帧内位置同步包括：
系统接收端Bob在经典信道上接收到同步帧的同时，产生一个“start信号”给TDC，使用TDC测量随后的量子信息帧中每一个探测信号相对于“start信号”的延时距离，记为Δtn，Bob端探测到的一帧量子信号内，第n个信号与Alice端第n＇个信号对应，其中n＇是整数，n＇＝(Δtn-(TSn-TFn+Δt))/(1/f2)+1。
6.一种信息同步装置，应用于量子密钥分发系统，其特征在于，包含三个模块：
延时计算模块：用来计算信号光从发射端传输到接收端的时延；
帧同步模块：用来通过经典信道进行帧同步，即确定帧；
帧内位置同步模块：用来根据延时计算模块计算得到的传输时延，对量子信道上的量子信号光进行帧内位置同步，即确定帧内第几个脉冲；
帧同步模块进一步包括：
帧同步发射单元：用来执行发送同步帧以及发送量子信号光的任务，系统开始工作，系统发射端Alice首先通过经典信道发送一个同步帧，并且对发送的同步帧按照一定规则进行编号，每个同步帧后面跟着发送一组量子信号光，该组量子信号光组成一个量子信息帧，帧编号同前面一个同步帧的编号；
帧同步探测单元：用来执行同步帧接收以及量子信号光的接收任务，系统接收端Bob在经典信道上接收到同步帧，且将该同步帧之后和下一个同步帧之前探测到的量子信号组成一个量子信息帧，帧编号同前面一个同步帧的编号；
帧同步单元：用来完成帧同步任务，系统两端相同编号的量子信息帧为一组对应，根据该帧编号即完成帧同步。
7.根据权利要求6所述的一种信息同步装置，其特征在于，延时计算模块进一步包括：
发射单元：执行“启动命令”以及发送量子信号光的任务，系统发射端Alice首先通过经典信道传送一个“启动命令”给系统接收端Bob，同时，在“启动命令”发出后，延时t，开始以固定频率f1发送量子信号光，持续时间为T；
接收单元：执行接收“启动命令”以及接收量子信号光的任务，系统接收端Bob通过经典信道接收到“启动命令”的同时，产生第一个“start信号”，后面按照固定频率f1产生“start信号”，持续时间为T；
延时计算单元：用于计算延时变化，系统接收端Bob探测到量子信号光相对于“start信号”的延时距离，在时间T内统计出现频率最大的延时距离即为实际探测到光信号相对于“start信号”的延时距离，记为t＇，计算延时变化Δt＝t＇-t。
8.根据权利要求7所述的一种信息同步装置，其特征在于，
所述帧同步发射单元：系统发射端Alice在经典信道上按照固定的频率f1发送同步帧，两个同步帧之间的时间间隔内，在量子信道上按照固定的频率f2发射一组量子信号光，其中f2大于f1，其中同步帧中包含帧编号信息和启动时刻TSn，n即为帧编号，是整数，同步帧的发送时刻为TFn，系统发射端Alice发出同步帧，到达启动时刻TSn后，开始发送一组量子信号光，该组量子信号光的持续时间为tquantum；
所述帧同步探测单元：在经典信道上接收到一个同步帧后，解析得到启动时刻TSn，到达启动时刻TSn后，启动单光子探测器开始工作，单光子探测器工作固定的一段时间Tquantum+Tdelay后，结束工作，Tdelay根据网络延时设置，需满足((TSn-TFn)+Tquantum+Tdelay)<1/f1。
9.根据权利要求8所述的一种信息同步装置，其特征在于，所述帧内位置同步模块包括：帧内位置计算单元，用来计算系统接收端Bob与系统发射端Alice的对应信号，系统接收端Bob在经典信道上接收到同步帧的同时，产生一个“start信号”给TDC，使用TDC测量随后的量子信息帧中每一个探测信号相对于“start信号”的延时距离，记为Δtn，Bob端探测到的一帧量子信号内，第n个信号与Alice端第n＇个信号对应，其中n＇是整数，n＇＝(Δtn-(TSn-TFn+Δt))/(1/f2)+1。
CN201710238623.6A 2017-04-13 2017-04-13 一种信息同步方法和装置 Active CN108737074B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710238623.6A CN108737074B (zh) 2017-04-13 2017-04-13 一种信息同步方法和装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710238623.6A CN108737074B (zh) 2017-04-13 2017-04-13 一种信息同步方法和装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108737074A CN108737074A (zh) 2018-11-02
CN108737074B true CN108737074B (zh) 2021-04-06

Family

ID=63923658

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710238623.6A Active CN108737074B (zh) 2017-04-13 2017-04-13 一种信息同步方法和装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108737074B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110620646B (zh) * 2018-11-05 2023-01-03 北京国盾量子信息技术有限公司 一种用于量子密钥分发系统的同步信号恢复方法及系统
CN109547145B (zh) * 2018-12-31 2024-05-10 广东尤科泊得科技发展有限公司 基于偏振纠缠ghz态的二分迭代时钟同步系统和方法
US11228430B2 (en) * 2019-09-12 2022-01-18 General Electric Technology Gmbh Communication systems and methods
CN110519057B (zh) * 2019-10-23 2020-02-14 北京中创为南京量子通信技术有限公司 量子密钥分发系统的经典信号编解码方法、同步方法及装置
CN113055158B (zh) * 2019-12-27 2022-04-12 科大国盾量子技术股份有限公司 一种数据处理方法及相关设备
CN113132093B (zh) * 2019-12-31 2022-04-08 科大国盾量子技术股份有限公司 量子密钥的分发方法和节点
CN114268421B (zh) * 2021-12-17 2024-04-19 安徽问天量子科技股份有限公司 一种用于单纤qkd系统同步信号传输的方法
CN116192278B (zh) * 2023-03-30 2023-07-11 国开启科量子技术(北京)有限公司 用于量子通信系统的寻优方法、装置、介质和设备
CN116599589B (zh) * 2023-07-18 2023-10-20 通达电磁能股份有限公司 一种信号同步的方法、装置、设备及介质

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104065475A (zh) * 2014-06-27 2014-09-24 上海交通大学 高速连续变量量子密钥分发系统及其位帧同步方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100548416B1 (ko) * 2003-10-28 2006-02-02 엘지전자 주식회사 무선 프레임 동기화 방법
CN108206716B (zh) * 2016-12-20 2020-11-17 科大国盾量子技术股份有限公司 应用于量子密钥分发系统的同步方法及装置及分发系统

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104065475A (zh) * 2014-06-27 2014-09-24 上海交通大学 高速连续变量量子密钥分发系统及其位帧同步方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
连续变量量子密钥分发系统中同步方案及实验实现;申泽源;《中国激光》;20130331;第40卷(第3期);0305004-1-0305004-6 *
高速连续变量量子密钥分发系统同步技术研究;刘友明;《光学学报》;20150131;第35卷(第1期);0106006-1-0106006-10 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108737074A (zh) 2018-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108737074B (zh) 一种信息同步方法和装置
CN108206716B (zh) 应用于量子密钥分发系统的同步方法及装置及分发系统
US8171354B2 (en) Communication system and method for controlling the same
EP1732262B1 (en) Method and system for cryptographic-key-generation and communication
CN106506154B (zh) 一种基于cow协议的qkd系统及方法
EP1653654B1 (en) Method and system for generating shared information
US8189966B2 (en) QKD arrangement
US8391491B2 (en) Communication system and synchronization control method
US7809143B2 (en) QKD system with synchronization channel verification
CN103840902B (zh) 检测光纤非对称性的同步系统、方法及主从光模块设备
CN215420318U (zh) 一种用于量子密钥分发的时间同步系统
WO2017084380A1 (zh) 一种量子通信方法和装置
CN107947926B (zh) 一种量子密钥分发系统的同步方法及装置
WO2022027866A1 (zh) 一种量子密钥分发系统的同步方法及装置
WO2019180770A1 (ja) 光子検出器の駆動タイミング調整方法、装置および光通信システム
JP2013150343A (ja) 量子暗号装置
CN113708847B (zh) 用于单光子探测器的门控装置和量子通信设备
CN113708846A (zh) 用于单光子探测器的门控装置和量子通信设备
CN112311541A (zh) 一种基于外差测量的四态量子密钥分发方法及系统
CN110808806A (zh) 一种基于光纤频率传递的量子双向时间同步方法及系统
CN110351074B (zh) 一种量子密钥分发系统的同步修正方法以及控制器
CN110519057B (zh) 量子密钥分发系统的经典信号编解码方法、同步方法及装置
CN111385033B (zh) 一种用于量子密钥分发系统的时间同步系统及方法
JP6658102B2 (ja) 量子鍵配送システム及び時間同期方法
US20230026148A1 (en) System and method for sparse data synchronization and communication

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant