CN109691011A - 量子密钥分发系统所用的发送装置、接收装置、量子密钥分发方法和量子密钥分发程序 - Google Patents

量子密钥分发系统所用的发送装置、接收装置、量子密钥分发方法和量子密钥分发程序 Download PDF

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Abstract

一种量子密钥分发装置，其包括：编码单元，用于对光脉冲串进行编码；强度调制单元，用于按不同的定时对编码后的光脉冲串进行强度相互不同的N个类型的强度调制，其中N是不小于3的整数；以及第一密钥蒸馏处理单元，用于基于通过从所述编码单元和所述强度调制单元所使用的数据序列中去除如下数据而获得的数据序列来生成加密密钥，该数据是从具有特定调制图案的光脉冲获得的。

Description

量子密钥分发系统所用的发送装置、接收装置、量子密钥分发 方法和量子密钥分发程序
技术领域
本发明涉及量子密钥分发系统所用的发送装置、接收装置、量子密钥分发方法和量子密钥分发程序。
背景技术
近年来，作为用于实现具有针对窃听动作的绝对安全性的加密通信的方法，已积极地研究并开发了量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)(非专利文献1)以供实际使用。
非专利文献1提出了使用单光子光源作为QKD的光源。然而，在现阶段，单光子光源正在开发途中并且尚未达到实用水平。因此，作为单光子光源的替代，主流是使用具有通过极大地削弱普通激光光源的强度所获得的减弱强度的激光光源作为伪单光子光源的方法。
然而，在与理想的单光子光源不同的激光光源的情况下，在一个脉冲中按恒定概率生成两个以上的光子。结果，存在经受被称为光子数分离攻击(Photon NumberSplitting攻击，PNS攻击)的窃听攻击的可能性，其中在该PNS攻击中，从两个以上的光子窃听与一个光子相对应的信息。因此，需要指出，在使用激光光源的情况下，QKD的安全性显著降低(非专利文献2)。
因而，作为用于避免PNS攻击的手段，提出了诱骗方法(非专利文献3)。诱骗意味着“引诱”，并且诱骗方法是可以通过不时地改变在QKD中所使用的光脉冲的强度来检测PNS攻击的有无的方法。认为诱骗方法的实现在最近的实用QKD的开发中是重要的。
为了将诱骗方法实现到QKD中，需要使用三个以上类型的光强度。已知在诱骗方法中，在使用更多数量的类型的强度的情况下，QKD的安全性得以提高。然而，考虑到实现的难度，通常在诱骗方法中频繁地使用三个类型的光强度。由于该原因，以下将说明使用三个类型的光强度的诱骗方法。
假定s、d和v分别表示在三个类型的光强度的光脉冲中针对一个脉冲所包含的平均光子数。这里，在用于50km传输的典型QKD系统的情况下，s等于约0.5个[光子/脉冲]。d等于s的约40％，即d等于约0.2并且v等于0(真空)。在这种情况下，使用平均光子数s的光脉冲作为信号光，并且使用从这些信号光获得的信息作为量子加密密钥。使用平均光子数d和v的光脉冲作为用于检测窃听的诱骗光(也可被称为诱骗脉冲)。也就是说，在诱骗方法中，使用三个类型的光脉冲中的具有最大强度的光脉冲作为信号光。以下将“平均光子数s(d或v)的光脉冲”简单地表示为S(D或V)。在使用诱骗方法的QKD系统中，大多数发送脉冲是S，并且通过混合D和V作为S的一部分来检测窃听。作为典型示例，在发送脉冲中，S约为90％，D约为5％，并且V约为5％。
图1是示出在诱骗方法中发送的光脉冲串的示例的示意图。如图1所示，该光脉冲串包括作为大量信号光的S以及作为少量诱骗脉冲的V和D。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：Bennett和Brassard发表在1984年的印度班加罗尔的IEEEInt.Conf.on Computers,Systems,and Signal Processing(IEEE计算机、系统和信号处理国际会议)的第175页
非专利文献2：N.Lutkenhaus,Physical Review A,卷61,052304(2000)
非专利文献3：W.Y.Hwang,Physical Review Letters,卷91,057901(2003)
发明内容
发明要解决的问题
在量子密钥分发中使用诱骗方法的情况下，已知：在光脉冲的强度波动的情况下，向窃听者的信息泄漏量增大，并且加密密钥的生成效率显著降低。具体地，在诱骗脉冲D的强度波动了5％的情况下，与在诱骗脉冲D中不存在波动的情况相比，加密密钥的生成效率降低到约50％。
另一方面，最近的量子密钥分发系统使用可以以超过1GHz的时钟频率工作的高速电子电路。由于在调制信号的波形中发生失真，因此发生被称为图案效应(patterneffect)的现象。图案效应是针对脉冲的调制信号根据以前的调制图案而改变的现象。
图2是用于说明图案效应的示意图，(a)示出在不存在图案效应的理想电子电路中的调制信号，以及(b)示出在存在图案效应的实际电子电路中的调制信号。在图2(a)和图2(b)中，横轴表示时间，而纵轴表示电压。
图2(a)示出调制信号201a、作为要调制的光脉冲的第一光脉冲202a和第二光脉冲203a、针对第一光脉冲202a的第一调制信号204a、以及针对第二光脉冲203a的第二调制信号205a。如图2(a)所示，第一调制信号204a和第二调制信号205a具有形状彼此相同的波形。
图2(b)示出调制信号201b、作为要调制的光脉冲的第一光脉冲202b和第二光脉冲203b、针对第一光脉冲202b的第一调制信号204b、以及针对第二光脉冲203b的第二调制信号205b。如图2(b)所示，在实际电子电路中，由于布线的频带限制等而导致在调制信号201b中发生失真。由于该失真，在对作为相同的光脉冲的第一光脉冲202b和第二光脉冲203b进行调制时，作为第一光脉冲202b和第二光脉冲203b各自的调制信号的第一调制信号204b和第二调制信号205b具有彼此不同的波形。在图2(b)中，调制信号根据前一调制图案而改变。这种现象被称为图案效应。因而，在诱骗方法中，即使光脉冲经受相同的强度调制，强度也可能根据三个类型中的哪个类型是前一脉冲强度而波动。由于图案效应而引起的光脉冲强度的波动可达到约20％。因此，加密密钥的生成效率有可能大幅下降。
本发明的目的是提供能够抑制在使用诱骗方法的情况下的加密密钥的生成效率的下降的量子密钥分发系统所用的发送装置、接收装置、量子密钥分发方法和量子密钥分发程序。
用于解决问题的方案
根据本发明的第一方面的一种量子密钥分发系统所用的发送装置，所述发送装置包括：编码单元，其被配置为对光脉冲串进行编码；强度调制单元，其被配置为按不同的定时对编码后的光脉冲串进行强度相互不同的N个类型的强度调制，其中N是不小于3的整数；以及第一密钥蒸馏处理单元，其被配置为基于通过从在所述编码单元和所述强度调制单元执行编码和强度调制时所使用的数据序列中去除如下数据而获得的数据序列来生成加密密钥，其中该数据是从具有特定调制图案的光脉冲获得的。
根据本发明的第二方面的一种量子密钥分发系统所用的接收装置，所述接收装置包括：解码单元，其被配置为从发送装置接收已被编码的并且按不同定时经受了强度相互不同的N个类型的强度调制的光脉冲串，其中N是不小于3的整数，所述解码单元产生通过对所述光脉冲串进行解码所获得的数据序列；以及第二密钥蒸馏处理单元，其被配置为基于通过从利用解码所获得的数据序列中去除如下数据而获得的数据序列来生成加密密钥，其中该数据是从具有特定调制图案的光脉冲所获得的。
根据本发明的第三方面的一种量子密钥分发方法，包括：基于通过从在对光脉冲串进行编码和强度相互不同的N个类型的强度调制时所使用的数据序列中去除如下数据而获得的数据序列，来生成加密密钥，其中该数据是从具有特定调制图案的光脉冲获得的，N是不小于3的整数。
根据本发明的第四方面的一种量子密钥分发方法，包括：从发送装置接收已被编码的并且按不同的定时经受了强度相互不同的N个类型的强度调制的光脉冲串，以产生通过对所述光脉冲串进行解码所获得的数据序列，其中N是不小于3的整数；以及基于通过从利用解码所获得的数据序列中去除如下数据而获得的数据序列来生成加密密钥，其中该数据是从具有特定调制图案的光脉冲获得的。
根据本发明的第五方面的一种量子密钥分发程序，用于使计算机用作：用于基于通过从在对光脉冲串进行编码和强度相互不同的N个类型的强度调制时所使用的数据序列中去除如下数据而获得的数据序列来生成加密密钥的部件，其中该数据是从具有特定调制图案的光脉冲获得的，N是不小于3的整数。
根据本发明的第六方面的一种量子密钥分发程序，用于使计算机用作：用于基于通过从对已被编码的且按不同的定时经受了强度相互不同的N个类型的强度调制的光脉冲串进行解码所获得的数据序列中去除如下数据而获得的数据序列来生成加密密钥的部件，其中该数据是从具有特定调制图案的光脉冲获得的，N是不小于3的整数。
发明的效果
根据本发明，可以抑制在使用诱骗方法的情况下的加密密钥的生成效率的下降。
附图说明
图1是用于示出根据诱骗方法所发送的光脉冲串的一个示例的示意图；
图2是用于说明图案效应的示意图，(a)示出理想电子电路的调制信号，以及(b)示出实际电子电路的调制信号；
图3是用于说明本发明的量子密钥分发装置的概念的框图；
图4是用于说明本发明的量子密钥分发系统的概念的框图；
图5是用于示出根据本发明实施例的量子密钥分发系统的结构的框图；
图6是用于示出根据本发明实施例的信号光和诱骗脉冲的强度、强度比和混合百分比的表；
图7是用于示出根据本发明实施例的密钥蒸馏处理单元的结构的框图，(a)示出发送侧量子密钥分发装置中所设置的密钥蒸馏处理单元，以及(b)示出接收侧量子密钥分发装置中所设置的密钥蒸馏处理单元；
图8是用于示出根据本发明实施例的直到生成加密密钥为止的处理的流程的流程图；
图9是用于示出根据本发明实施例的图案丢弃(pattern disposal)处理方法的示例的表；以及
图10是用于示出构成根据本发明实施例的密钥蒸馏处理单元的信息处理设备的结构的框图。
具体实施方式
[本发明的概念]
(量子密钥分发装置)
现在，在说明本发明的实施例之前，将说明本发明的概念。图3是用于示出用于说明本发明的概念的量子密钥分发系统中的发送装置10的结构的框图。
发送装置10包括编码单元11、强度调制单元12和密钥蒸馏处理单元13。编码单元11根据量子密钥分发协议(例如，BB84)来对光脉冲进行编码。强度调制单元12对编码单元11进行编码后的光脉冲串进行具有相互不同的强度的N个类型的强度调制，以将输出传送至密钥蒸馏处理单元13，其中N表示不小于3的整数。具体地，强度调制单元12根据诱骗方法对光脉冲施加强度调制。密钥蒸馏处理单元13基于如下的数据序列来生成加密密钥，其中该数据序列是通过从利用编码单元11进行编码时所使用的数据序列和强度调制单元12中所使用的数据序列中去除如下数据而获得的，该数据是从具有特定调制图案的光脉冲所获得的。因而，发送装置10可以抑制在量子密钥分发系统中使用诱骗方法的情况下的加密密钥的生成效率的下降。
(量子密钥分发系统)
接着，将说明根据本发明的量子密钥分发系统的概念。图4是用于示出用于说明本发明的概念的量子密钥分发系统30的结构的框图。
量子密钥分发系统30包括发送装置10A和接收装置20。
发送装置10A包括编码单元11、强度调制单元12和第一密钥蒸馏处理单元13A。发送装置10A对光脉冲进行与上述的发送装置10中的处理相同的处理。
接收装置20包括解码单元21和第二密钥蒸馏处理单元22。解码单元21和强度调制单元12经由光网络40连接。这种光网络40可以包括光纤等。在这种情况下，解码单元21经由光网络40接收已编码的且经受了强度调制的光脉冲串，并且对该光脉冲串进行解码。第二密钥蒸馏处理单元22和第一密钥蒸馏处理单元13A经由通信网络50连接。这种通信网络50可以包括通常的因特网等。第一密钥蒸馏处理单元13A和第二密钥蒸馏处理单元22经由通信网络50执行生成加密密钥所需的信息的发送和接收。生成加密密钥所需的信息包括与在对光脉冲串进行编码和强度调制时所使用的随机数数据有关的信息、以及与光脉冲串的测量所使用的基(basis)有关的信息等。因此，第二密钥蒸馏处理单元22从第一密钥蒸馏处理单元13A接收生成加密密钥所需的信息。第二密钥蒸馏处理单元22基于从解码单元21接收到的信息和从第一密钥蒸馏处理单元13A接收到的信息，根据通过从解码单元21解码后的光脉冲串的数据序列中去除从具有特定调制图案的光脉冲所获得的数据而获得的数据序列来生成加密密钥。
[实施例]
现在，将参考附图来详细说明本发明的实施例。这里，关于与本发明的关系弱的结构和操作，将适当简化或省略说明。
图5是用于示出根据本发明实施例的量子密钥分发系统的结构的框图。如图5所示，量子密钥分发系统100包括发送装置110和接收装置120。图5中的各个单向箭头在不排除双向性的情况下简单地示出信号(数据)的流动的方向。
首先，将说明发送装置110。发送装置110包括光源单元111、编码单元112、诱骗用调制单元113、光衰减单元114和第一密钥蒸馏处理单元115。
光源单元111包括例如半导体激光器，并向编码单元112提供具有任何期望的波长和强度的光脉冲。
编码单元112根据量子密钥分发协议对从光源单元111供给的光脉冲进行编码。这里，量子密钥分发协议包括例如BB84协议。在本实施例中，编码单元112包括例如Mach-Zehnder(马赫-曾德尔)干涉仪和相位调制器。
诱骗用调制单元113对从编码单元112接收到的光脉冲进行信号光S、诱骗脉冲D和诱骗脉冲V总共三个类型的具有相互不同强度的强度调制，以产生包括经受了强度调制的多个光脉冲的光脉冲串。作为上述的诱骗用调制单元113，例如，可以使用包括Mach-Zehnder干涉仪和相位调制器的组合的LN(铌酸锂)强度调制器。
现在将参考图6来说明根据本实施例的S、D和V各自的强度、强度比和混合百分比。图6是示出根据本实施例的S、D和V各自的强度、强度比和混合百分比的示例的表。
在本实施例中，假设S的强度为1。在这种情况下，D和V的强度分别为0.4和0。光脉冲串包括百分比为90％的S、百分比为5％的D和百分比为5％的V。也就是说，在本实施例中，光脉冲串中的90％用作信号光，而其余的10％用作诱骗脉冲。图6所示的S、D和V各自的强度、强度比和混合百分比是一个示例，并且本发明不限于此。
再次参考图5。光衰减单元114使从诱骗用调制单元113供给的光脉冲串衰减到合适的光强度，以将该光脉冲串发送至接收装置120。这种光衰减单元114可以包括例如可变光衰减器。光衰减单元114中的衰减量是根据量子密钥分发系统100的设计而预先设置的，但也可以适当地调整。光衰减单元114可以包括例如光检测单元。在这种情况下，光衰减单元114可以根据光检测单元所检测到的脉冲的强度来调整衰减量。
第一密钥蒸馏处理单元115生成作为发送装置110中的加密密钥的第一加密密钥150a。第一密钥蒸馏处理单元115从编码单元112和诱骗用调制单元113分别接收在编码和强度调制时使用的信息(随机数数据等)。后面将说明第一密钥蒸馏处理单元115的结构和用于生成第一加密密钥150a的处理的详情。
接着，将说明接收装置120。接收装置120包括解码单元121、光检测单元122和第二密钥蒸馏处理单元123。解码单元121与发送装置110的光衰减单元114经由包括光纤等的光网络130连接。第二密钥蒸馏处理单元123与发送装置110的第一密钥蒸馏处理单元115经由诸如通常的因特网等的通信网络140连接。
解码单元121经由光网络130从发送装置110接收光脉冲串，并且通过与编码单元112进行编码时所使用的方法相反的处理来对该光脉冲串进行解码。
响应于解码后的光脉冲串，光检测单元122针对所接收到的光脉冲串测量光子数的信息，并且将测量数据传送到第二密钥蒸馏处理单元123。
第二密钥蒸馏处理单元123生成作为接收装置120中的加密密钥的第二加密密钥150b。这里，第二加密密钥150b是与第一密钥蒸馏处理单元115所生成的第一加密密钥150a相同的加密密钥。后面将说明第二密钥蒸馏处理单元123的结构和用于生成第二加密密钥150b的处理。
接着，将详细说明第一密钥蒸馏处理单元115和第二密钥蒸馏处理单元123的结构以及用于生成加密密钥的处理。
第一密钥蒸馏处理单元115基于在针对光脉冲的编码和诱骗用调制时使用的随机数数据来生成筛选密钥。第二密钥蒸馏处理单元123基于光检测单元122所检测到的解码之后的检测数据来生成筛选密钥。第一密钥蒸馏处理单元115和第二密钥蒸馏处理单元123通过对筛选密钥进行纠错和保密增强来分别生成最终安全的第一加密密钥150a和第二加密密钥150b。第一密钥蒸馏处理单元115和第二密钥蒸馏处理单元123经由通信网络140相互发送和接收各自所拥有的生成加密密钥所需的信息。通常，量子密钥分发系统基于筛选密钥来生成加密密钥，其中该筛选密钥是根据通过验证在发送侧和接收侧选择的基所获得的结果而生成的。然而，本实施例的特征在于，在根据通过验证基所获得的结果生成筛选密钥之后，进一步进行处理(图案丢弃处理)，即从特定调制图案的光脉冲所获得的数据被从筛选密钥中丢弃而不是用于生成加密密钥。
图7是用于示出根据本发明实施例的密钥蒸馏处理单元的结构的框图，(a)示出第一密钥蒸馏处理单元115的结构，以及(b)示出第二密钥蒸馏处理单元123的结构。图7中的各个单向箭头在不排除双向性的情况下简单地示出信号(数据)的流动的方向。
如图7(a)所示，第一密钥蒸馏处理单元115包括第一基验证部115a、第一图案丢弃处理部115b和第一加密密钥生成部115c。如图7(b)所示，第二密钥蒸馏处理单元123包括第二基验证部123a、第二图案丢弃处理部123b和第二加密密钥生成部123c。
图8是用于示出根据本实施例的第一密钥蒸馏处理单元115和第二密钥蒸馏处理单元123生成加密密钥的处理的流程的流程图。
现在将参考图7和图8来详细说明第一密钥蒸馏处理单元115和第二密钥蒸馏处理单元123生成加密密钥的处理。
首先，第一基验证部115a和第二基验证部123a分别发送和接收这些部所使用的基的信息。第一基验证部115a和第二基验证部123a各自根据通过验证基所获得的结果来生成第一筛选密钥(步骤S101)。
随后，第一图案丢弃处理部115b和第二图案丢弃处理部123b通过对第一筛选密钥进行图案丢弃处理来生成第二筛选密钥(步骤S102)。在这种情况下，第二密钥蒸馏处理单元123经由通信网络140从第一密钥蒸馏处理单元115接收在诱骗用调制单元113执行强度调制时所使用的诱骗信息(随机数数据)。因而，第二图案丢弃处理部123b可以对第一筛选密钥进行与第一图案丢弃处理部115b中的处理相同的处理，并且可以生成第二筛选密钥。
现在将参考图9来说明如下示例作为根据实施例的图案丢弃处理的一个示例：在由于诱骗脉冲D的图案效应而导致强度波动大的情况下，去除该图案效应的影响。图9是示出应用了图案丢弃处理的光脉冲的示例的表。在图9中，例如，D→S意味着紧挨在诱骗脉冲D之后发送的信号光S。具体地，在图9所示的示例中，在诱骗脉冲D中，使用紧挨在信号光S之后发送的诱骗脉冲D(S→D)，而紧挨在诱骗脉冲D和诱骗脉冲V之后发送的诱骗脉冲D(D→D和V→D)被丢弃而不经使用。结果，紧挨在诱骗脉冲D之前的任何信号被固定到信号光S。因此，即使诱骗脉冲D的图案效应大，也可以基本消除该图案效应的影响。这是因为，如上所述由于图案效应而导致调制信号依赖于前一调制图案而改变。
再次参考图7和图8。第一加密密钥生成部115c计算第二筛选密钥中所包括的误码率(QBER：量子比特误码率)(步骤S103)。具体地，第一加密密钥生成部115c经由通信网络140接收第二图案丢弃处理部123b所生成的第二筛选密钥的至少一部分的信息。然后，第一加密密钥生成部115c通过比较在发送侧和接收侧所生成的第二筛选密钥来计算误码率。
最后，第一加密密钥生成部115c和第二加密密钥生成部123c通过基于误码率对第二筛选密钥进行纠错和保密增强来生成安全的加密密钥。
尽管在本发明的实施例中在验证基之后执行图案丢弃处理，但本发明不限于此。在本发明中，可以通过在执行图案丢弃处理之后验证基来生成加密密钥。
在本发明的实施例中，由于图案丢弃处理部丢弃一部分脉冲，因此所获取到的数据数量减少。然而，在上述示例中丢弃的图案D→D和V→D相对于发送脉冲的百分比等于如根据图6所示的发送百分比所计算出的5％×5％+5％×5％＝0.5％。因此，即使丢弃图案D→D和V→D，对数据数量整体的影响也小。因此，通过上述方法，可以基本消除图案效应并避免加密密钥的生成效率的下降。
本发明不限于使用三个类型的强度的诱骗方法，而可应用于使用四个以上的类型的强度的情况。另外，本发明不限于仅仅由于前一调制所引起的图案效应，而可应用于由于两个以前的调制或者由于一个以后的调制而导致发生图案效应的情况。换句话说，本发明可应用于如下情况：存在当前光脉冲，并且在当前光脉冲之前的第M个在前光脉冲或者在当前光脉冲之后的第M个在后光脉冲上发生由于调制引起的图案效应，其中M表示不小于1的整数。
[其它实施例]
在量子密钥分发系统中，第一密钥蒸馏处理单元115和第二密钥蒸馏处理单元123可以由硬件实现或者可以由软件实现。另外，第一密钥蒸馏处理单元115和第二密钥蒸馏处理单元123可以通过硬件和软件的组合实现。
图10是构成第一密钥蒸馏处理单元115和第二密钥蒸馏处理单元123的信息处理设备(计算机)的一个示例。
如图10所示，信息处理设备300包括控制单元310、存储装置320、ROM(只读存储器)330、RAM(随机存取存储器)340和通信接口350。
控制单元310可以包括诸如CPU(中央处理单元)等的处理单元。控制单元310可以通过将存储装置320或ROM 330中所保持的并且控制单元310可读取的程序在RAM 340中展开并执行该程序来实现构成第一密钥蒸馏处理单元115和第二密钥蒸馏处理单元123的各部。另外，控制单元310可以包括被适配为暂时存储数据等的内部缓冲器。
存储装置320包括可以保持各种数据的大容量存储介质，并且可以由诸如磁光盘、HDD(硬盘驱动器)和SSD(固态驱动器)等的存储介质实现。存储装置320可以是在信息处理设备300经由通信接口350连接至通信网络的情况下存在于通信网络中的云存储器。存储装置320可以保持控制单元310可读取的程序。
ROM 330包括可以包含与存储装置320相比具有小容量的闪速存储器的非易失性存储装置。ROM 330可以保持控制单元310可以读取的程序。控制单元310可读取的程序可以保持在存储装置320和ROM 330至少之一中。
RAM 340包括诸如DRAM(动态随机存取存储器)和SRAM(静态随机存取存储器)等的半导体存储器，并且可以用作暂时存储数据等的内部缓冲器。
通信接口350是使信息处理设备300和通信网络通过有线或无线方式连接的接口。
上述各实施例的一部分或全部也可被描述为以下的补充说明。注意，以下的补充说明决不限制本发明。
(补充说明1)
一种量子密钥分发系统所用的发送装置，所述发送装置包括：
编码单元，其被配置为对光脉冲串进行编码；
强度调制单元，其被配置为按不同的定时对编码后的光脉冲串进行强度相互不同的N个类型的强度调制，其中N是不小于3的整数；以及
第一密钥蒸馏处理单元，其被配置为基于通过从在所述编码单元和所述强度调制单元执行编码和强度调制时所使用的数据序列中去除如下数据而获得的数据序列来生成加密密钥，其中该数据是从具有特定调制图案的光脉冲获得的。
(补充说明2)
根据补充说明1所述的发送装置，其中，所述第一密钥蒸馏处理单元被配置为基于从当前光脉冲所获得的数据以及从所述当前光脉冲之前的第M个在前光脉冲或所述当前光脉冲之后的第M个在后光脉冲所获得的数据，来确定所述光脉冲串中的要被去除的数据，其中M是不小于1的整数。
(补充说明3)
根据补充说明1或2所述的发送装置，其中，所述第一密钥蒸馏处理单元包括诱骗脉冲作为所述调制图案，并且被配置为丢弃强度波动大的数据。
(补充说明4)
根据补充说明1至3中任一项所述的发送装置，其中，所述第一密钥蒸馏处理单元被配置为至少丢弃由于图案效应而导致强度波动最大的数据。
(补充说明5)
根据补充说明1至4中任一项所述的发送装置，其中，
所述第一密钥蒸馏处理单元包括第一基验证处理部、第一图案丢弃处理部和第一加密密钥生成部，
所述第一基验证处理部被配置为基于被赋予至所述光脉冲串的数据序列的基来生成第一筛选密钥，
所述第一图案丢弃处理部被配置为基于通过从所述光脉冲串的数据序列中去除如下数据而获得的数据序列，根据所述第一筛选密钥来生成第二筛选密钥，该数据是从具有特定调制图案的光脉冲串获得的，以及
所述第一加密密钥生成部被配置为通过计算所述第二筛选密钥中所包括的误码率、并且通过基于所述误码率对所述第二筛选密钥进行纠错和保密增强，来生成所述加密密钥，其中所述误码率是量子比特误码率即QBER。
(补充说明6)
一种量子密钥分发系统所用的接收装置，所述接收装置包括：
解码单元，其被配置为从发送装置接收已被编码的并且按不同定时经受了强度相互不同的N个类型的强度调制的光脉冲串，其中N是不小于3的整数，所述解码单元产生通过对所述光脉冲串进行解码所获得的数据序列；以及
第二密钥蒸馏处理单元，其被配置为基于通过从利用解码所获得的数据序列中去除如下数据而获得的数据序列来生成加密密钥，其中该数据是从具有特定调制图案的光脉冲所获得的。
(补充说明7)
根据补充说明6所述的接收装置，其中，所述第二密钥蒸馏处理单元被配置为基于从当前光脉冲所获得的数据以及从所述当前光脉冲之前的第M个在前光脉冲或所述当前光脉冲之后的第M个在后光脉冲所获得的数据，来确定所述光脉冲串中的要被去除的数据，其中M是不小于1的整数。
(补充说明8)
根据补充说明6或7所述的接收装置，其中，所述第二密钥蒸馏处理单元包括诱骗脉冲作为所述调制图案，并且被配置为丢弃强度波动大的数据。
(补充说明9)
根据补充说明6至8中任一项所述的接收装置，其中，所述第二密钥蒸馏处理单元被配置为至少丢弃由于图案效应而导致强度波动最大的数据。
(补充说明10)
根据补充说明6至9中任一项所述的接收装置，其中，
所述第二密钥蒸馏处理单元包括第二基验证处理部、第二图案丢弃处理部和第二加密密钥生成部，
所述第二基验证处理部被配置为通过随机地选择被赋予至所述光脉冲串的数据序列的基来生成第一筛选密钥，
所述第二图案丢弃处理部被配置为基于通过从所述第一筛选密钥中去除如下数据而获得的数据序列来生成第二筛选密钥，该数据是从具有特定调制图案的光脉冲串获得的，以及
所述第二加密密钥生成部被配置为通过计算所述第二筛选密钥中所包括的误码率、并且通过基于所述误码率对所述第二筛选密钥进行纠错和保密增强，来生成所述加密密钥，其中所述误码率是量子比特误码率即QBER。
(补充说明11)
一种量子密钥分发方法，包括：基于通过从在对光脉冲串进行编码和强度相互不同的N个类型的强度调制时所使用的数据序列中去除如下数据而获得的数据序列，来生成加密密钥，其中该数据是从具有特定调制图案的光脉冲获得的，N是不小于3的整数。
(补充说明12)
根据补充说明11所述的量子密钥分发方法，还包括：基于从当前光脉冲所获得的数据以及从所述当前光脉冲之前的第M个在前光脉冲或所述当前光脉冲之后的第M个在后光脉冲所获得的数据，来确定所述光脉冲串中的要被去除的数据，其中M是不小于1的整数。
(补充说明13)
根据补充说明11或12所述的量子密钥分发方法，还包括：包括诱骗脉冲作为所述调制图案；以及丢弃强度波动大的数据。
(补充说明14)
根据补充说明11至13中任一项所述的量子密钥分发方法，还包括：至少丢弃由于图案效应而导致强度波动最大的数据。
(补充说明15)
根据补充说明11至14中任一项所述的量子密钥分发方法，还包括：
基于被赋予至所述光脉冲串的数据序列的基来生成第一筛选密钥；
基于通过从所述光脉冲串的数据序列中去除如下数据而获得的数据序列，根据所述第一筛选密钥来生成第二筛选密钥，该数据是从具有特定调制图案的光脉冲串获得的；以及
通过计算所述第二筛选密钥中所包括的误码率、并且通过基于所述误码率对所述第二筛选密钥进行纠错和保密增强，来生成所述加密密钥，其中所述误码率是量子比特误码率即QBER。
(补充说明16)
一种量子密钥分发方法，包括：
从发送装置接收已被编码的并且按不同的定时经受了强度相互不同的N个类型的强度调制的光脉冲串，以产生通过对所述光脉冲串进行解码所获得的数据序列，其中N是不小于3的整数；以及
基于通过从利用解码所获得的数据序列中去除如下数据而获得的数据序列来生成加密密钥，其中该数据是从具有特定调制图案的光脉冲获得的。
(补充说明17)
根据补充说明16所述的量子密钥分发方法，还包括：基于从当前光脉冲所获得的数据以及从所述当前光脉冲之前的第M个在前光脉冲或所述当前光脉冲之后的第M个在后光脉冲所获得的数据，来确定所述光脉冲串中的要被去除的数据，其中M是不小于1的整数。
(补充说明18)
根据补充说明16或17所述的量子密钥分发方法，还包括：包括诱骗脉冲作为所述调制图案；以及丢弃强度波动大的数据。
(补充说明19)
根据补充说明16至18中任一项所述的量子密钥分发方法，还包括：至少丢弃由于图案效应而导致强度波动最大的数据。
(补充说明20)
根据补充说明16至19中任一项所述的量子密钥分发方法，还包括：
通过随机地选择被赋予至所述光脉冲串的数据序列的基来生成第一筛选密钥；
基于通过从所述第一筛选密钥中去除如下数据而获得的数据序列来生成第二筛选密钥，该数据是从具有特定调制图案的光脉冲串获得的；以及
通过计算所述第二筛选密钥中所包括的误码率、并且通过基于所述误码率对所述第二筛选密钥进行纠错和保密增强，来生成所述加密密钥，其中所述误码率是量子比特误码率即QBER。
(补充说明21)
一种量子密钥分发程序，用于使计算机用作：
用于基于通过从在对光脉冲串进行编码和强度相互不同的N个类型的强度调制时所使用的数据序列中去除如下数据而获得的数据序列来生成加密密钥的部件，其中该数据是从具有特定调制图案的光脉冲获得的，N是不小于3的整数。
(补充说明22)
根据补充说明21所述的量子密钥分发程序，用于使所述计算机用作：
用于基于从当前光脉冲所获得的数据以及从所述当前光脉冲之前的第M个在前光脉冲或所述当前光脉冲之后的第M个在后光脉冲所获得的数据、来确定所述光脉冲串中的要被去除的数据的部件，其中M是不小于1的整数。
(补充说明23)
根据补充说明21或22所述的量子密钥分发程序，用于使所述计算机用作：
用于包括诱骗脉冲作为所述调制图案并且丢弃强度波动大的数据的部件。
(补充说明24)
根据补充说明21至23中任一项所述的量子密钥分发程序，用于使所述计算机用作：
用于至少丢弃由于图案效应而导致强度波动最大的数据的部件。
(补充说明25)
根据补充说明21至24中任一项所述的量子密钥分发程序，用于使所述计算机用作：
用于基于被赋予至所述光脉冲串的数据序列的基来生成第一筛选密钥的部件；
用于基于通过从所述光脉冲串的数据序列中去除如下数据而获得的数据序列、根据所述第一筛选密钥来生成第二筛选密钥的部件，该数据是从具有特定调制图案的光脉冲串获得的；以及
用于通过计算所述第二筛选密钥中所包括的误码率、并且通过基于所述误码率对所述第二筛选密钥进行纠错和保密增强来生成所述加密密钥的部件，其中所述误码率是量子比特误码率即QBER。
(补充说明26)
一种量子密钥分发程序，用于使计算机用作：
用于基于通过从对已被编码的且按不同的定时经受了强度相互不同的N个类型的强度调制的光脉冲串进行解码所获得的数据序列中去除如下数据而获得的数据序列来生成加密密钥的部件，其中该数据是从具有特定调制图案的光脉冲获得的，N是不小于3的整数。
(补充说明27)
根据补充说明26所述的量子密钥分发程序，用于使所述计算机用作：
用于基于从当前光脉冲所获得的数据以及从所述当前光脉冲之前的第M个在前光脉冲或所述当前光脉冲之后的第M个在后光脉冲所获得的数据、来确定所述光脉冲串中的要被去除的数据的部件，其中M是不小于1的整数。
(补充说明28)
根据补充说明26或27所述的量子密钥分发程序，用于使所述计算机用作：
用于包括诱骗脉冲作为所述调制图案并且丢弃强度波动大的数据的部件。
(补充说明29)
根据补充说明26至28中任一项所述的量子密钥分发程序，用于使所述计算机用作：
用于至少丢弃由于图案效应而导致强度波动最大的数据的部件。
(补充说明30)
根据补充说明26至29中任一项所述的量子密钥分发程序，用于使所述计算机用作：
用于通过随机地选择被赋予至所述光脉冲串的数据序列的基来生成第一筛选密钥的部件；
用于基于通过从所述第一筛选密钥中去除如下数据而获得的数据序列来生成第二筛选密钥的部件，该数据是从具有特定调制图案的光脉冲串获得的；以及
用于通过计算所述第二筛选密钥中所包括的误码率、并且通过基于所述误码率对所述第二筛选密钥进行纠错和保密增强来生成所述加密密钥的部件，其中所述误码率是量子比特误码率即QBER。
(补充说明31)
一种量子密钥分发系统，包括：
根据补充说明1至5中任一项所述的量子密钥分发系统所用的发送装置；以及
根据补充说明6至10中任一项所述的量子密钥分发系统所用的接收装置。
本申请基于并要求2016年9月9日提交的日本专利申请2016-176364的优先权，其公开内容通过引用而被全部包含于此。
附图标记说明
10,10A,110…发送装置
11…编码单元
12…强度调制单元
13…密钥蒸馏处理单元
13A…第一密钥蒸馏处理单元
20,120…接收装置
21…解码单元
22…第二密钥蒸馏处理单元
30,100…量子密钥分发系统
40…光网络
50…通信网络
111…光源单元
112…编码单元
113…诱骗用调制单元
114…光衰减单元
115…第一密钥蒸馏处理单元
115a…第一基验证部
115b…第一图案丢弃处理单元
115c…第一加密密钥生成部
121…解码单元
122…光检测单元
123…第二密钥蒸馏处理单元
123a…第二基验证部
123b…第二图案丢弃处理部
123c…第二加密密钥生成部
130…光网络
140…通信网络
150a…第一加密密钥
150b…第二加密密钥
201a,201b…调制信号
202a,202b…第一光脉冲
203a,203b…第二光脉冲
204a,204b…第一调制信号
205a,205b…第二调制信号
300…信息处理设备
310…控制单元
320…存储装置
330…ROM(只读存储器)
340…RAM(随机存取存储器)
350…通信接口

Claims (31)

1.一种量子密钥分发系统所用的发送装置，所述发送装置包括：
编码单元，其被配置为对光脉冲串进行编码；
强度调制单元，其被配置为按不同的定时对编码后的光脉冲串进行强度相互不同的N个类型的强度调制，其中N是不小于3的整数；以及
第一密钥蒸馏处理单元，其被配置为基于通过从在所述编码单元和所述强度调制单元执行编码和强度调制时所使用的数据序列中去除如下数据而获得的数据序列来生成加密密钥，其中该数据是从具有特定调制图案的光脉冲获得的。
2.根据权利要求1所述的发送装置，其中，所述第一密钥蒸馏处理单元被配置为基于从当前光脉冲所获得的数据以及从所述当前光脉冲之前的第M个在前光脉冲或所述当前光脉冲之后的第M个在后光脉冲所获得的数据，来确定所述光脉冲串中的要被去除的数据，其中M是不小于1的整数。
3.根据权利要求1或2所述的发送装置，其中，所述第一密钥蒸馏处理单元包括诱骗脉冲作为所述调制图案，并且被配置为丢弃强度波动大的数据。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的发送装置，其中，所述第一密钥蒸馏处理单元被配置为至少丢弃由于图案效应而导致强度波动最大的数据。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的发送装置，其中，
所述第一密钥蒸馏处理单元包括第一基验证处理部、第一图案丢弃处理部和第一加密密钥生成部，
所述第一基验证处理部被配置为基于被赋予至所述光脉冲串的数据序列的基来生成第一筛选密钥，
所述第一图案丢弃处理部被配置为基于通过从所述光脉冲串的数据序列中去除如下数据而获得的数据序列，根据所述第一筛选密钥来生成第二筛选密钥，该数据是从具有特定调制图案的光脉冲串获得的，以及
所述第一加密密钥生成部被配置为通过计算所述第二筛选密钥中所包括的误码率、并且通过基于所述误码率对所述第二筛选密钥进行纠错和保密增强，来生成所述加密密钥，其中所述误码率是量子比特误码率即QBER。
6.一种量子密钥分发系统所用的接收装置，所述接收装置包括：
解码单元，其被配置为从发送装置接收已被编码的并且按不同定时经受了强度相互不同的N个类型的强度调制的光脉冲串，其中N是不小于3的整数，所述解码单元产生通过对所述光脉冲串进行解码所获得的数据序列；以及
第二密钥蒸馏处理单元，其被配置为基于通过从利用解码所获得的数据序列中去除如下数据而获得的数据序列来生成加密密钥，其中该数据是从具有特定调制图案的光脉冲所获得的。
7.根据权利要求6所述的接收装置，其中，所述第二密钥蒸馏处理单元被配置为基于从当前光脉冲所获得的数据以及从所述当前光脉冲之前的第M个在前光脉冲或所述当前光脉冲之后的第M个在后光脉冲所获得的数据，来确定所述光脉冲串中的要被去除的数据，其中M是不小于1的整数。
8.根据权利要求6或7所述的接收装置，其中，所述第二密钥蒸馏处理单元包括诱骗脉冲作为所述调制图案，并且被配置为丢弃强度波动大的数据。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的接收装置，其中，所述第二密钥蒸馏处理单元被配置为至少丢弃由于图案效应而导致强度波动最大的数据。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的接收装置，其中，
所述第二密钥蒸馏处理单元包括第二基验证处理部、第二图案丢弃处理部和第二加密密钥生成部，
所述第二基验证处理部被配置为通过随机地选择被赋予至所述光脉冲串的数据序列的基来生成第一筛选密钥，
所述第二图案丢弃处理部被配置为基于通过从所述第一筛选密钥中去除如下数据而获得的数据序列来生成第二筛选密钥，该数据是从具有特定调制图案的光脉冲串获得的，以及
所述第二加密密钥生成部被配置为通过计算所述第二筛选密钥中所包括的误码率、并且通过基于所述误码率对所述第二筛选密钥进行纠错和保密增强，来生成所述加密密钥，其中所述误码率是量子比特误码率即QBER。
11.一种量子密钥分发方法，包括：
基于通过从在对光脉冲串进行编码和强度相互不同的N个类型的强度调制时所使用的数据序列中去除如下数据而获得的数据序列，来生成加密密钥，其中该数据是从具有特定调制图案的光脉冲获得的，N是不小于3的整数。
12.根据权利要求11所述的量子密钥分发方法，还包括：
基于从当前光脉冲所获得的数据以及从所述当前光脉冲之前的第M个在前光脉冲或所述当前光脉冲之后的第M个在后光脉冲所获得的数据，来确定所述光脉冲串中的要被去除的数据，其中M是不小于1的整数。
13.根据权利要求11或12所述的量子密钥分发方法，还包括：
包括诱骗脉冲作为所述调制图案；以及
丢弃强度波动大的数据。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的量子密钥分发方法，还包括：
至少丢弃由于图案效应而导致强度波动最大的数据。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的量子密钥分发方法，还包括：
基于被赋予至所述光脉冲串的数据序列的基来生成第一筛选密钥；
基于通过从所述光脉冲串的数据序列中去除如下数据而获得的数据序列，根据所述第一筛选密钥来生成第二筛选密钥，该数据是从具有特定调制图案的光脉冲串获得的；以及
通过计算所述第二筛选密钥中所包括的误码率、并且通过基于所述误码率对所述第二筛选密钥进行纠错和保密增强，来生成所述加密密钥，其中所述误码率是量子比特误码率即QBER。
16.一种量子密钥分发方法，包括：
从发送装置接收已被编码的并且按不同的定时经受了强度相互不同的N个类型的强度调制的光脉冲串，以产生通过对所述光脉冲串进行解码所获得的数据序列，其中N是不小于3的整数；以及
基于通过从利用解码所获得的数据序列中去除如下数据而获得的数据序列来生成加密密钥，其中该数据是从具有特定调制图案的光脉冲获得的。
17.根据权利要求16所述的量子密钥分发方法，还包括：
基于从当前光脉冲所获得的数据以及从所述当前光脉冲之前的第M个在前光脉冲或所述当前光脉冲之后的第M个在后光脉冲所获得的数据，来确定所述光脉冲串中的要被去除的数据，其中M是不小于1的整数。
18.根据权利要求16或17所述的量子密钥分发方法，还包括：
包括诱骗脉冲作为所述调制图案；以及
丢弃强度波动大的数据。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的量子密钥分发方法，还包括：
至少丢弃由于图案效应而导致强度波动最大的数据。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的量子密钥分发方法，还包括：
通过随机地选择被赋予至所述光脉冲串的数据序列的基来生成第一筛选密钥；
基于通过从所述第一筛选密钥中去除如下数据而获得的数据序列来生成第二筛选密钥，该数据是从具有特定调制图案的光脉冲串获得的；以及
通过计算所述第二筛选密钥中所包括的误码率、并且通过基于所述误码率对所述第二筛选密钥进行纠错和保密增强，来生成所述加密密钥，其中所述误码率是量子比特误码率即QBER。
21.一种量子密钥分发程序，用于使计算机用作：
用于基于通过从在对光脉冲串进行编码和强度相互不同的N个类型的强度调制时所使用的数据序列中去除如下数据而获得的数据序列来生成加密密钥的部件，其中该数据是从具有特定调制图案的光脉冲获得的，N是不小于3的整数。
22.根据权利要求21所述的量子密钥分发程序，用于使所述计算机用作：
用于基于从当前光脉冲所获得的数据以及从所述当前光脉冲之前的第M个在前光脉冲或所述当前光脉冲之后的第M个在后光脉冲所获得的数据、来确定所述光脉冲串中的要被去除的数据的部件，其中M是不小于1的整数。
23.根据权利要求21或22所述的量子密钥分发程序，用于使所述计算机用作：
用于包括诱骗脉冲作为所述调制图案并且丢弃强度波动大的数据的部件。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的量子密钥分发程序，用于使所述计算机用作：
用于至少丢弃由于图案效应而导致强度波动最大的数据的部件。
25.根据权利要求21至24中任一项所述的量子密钥分发程序，用于使所述计算机用作：
用于基于被赋予至所述光脉冲串的数据序列的基来生成第一筛选密钥的部件；
用于基于通过从所述光脉冲串的数据序列中去除如下数据而获得的数据序列、根据所述第一筛选密钥来生成第二筛选密钥的部件，该数据是从具有特定调制图案的光脉冲串获得的；以及
用于通过计算所述第二筛选密钥中所包括的误码率、并且通过基于所述误码率对所述第二筛选密钥进行纠错和保密增强来生成所述加密密钥的部件，其中所述误码率是量子比特误码率即QBER。
26.一种量子密钥分发程序，用于使计算机用作：
用于基于通过从对已被编码的且按不同的定时经受了强度相互不同的N个类型的强度调制的光脉冲串进行解码所获得的数据序列中去除如下数据而获得的数据序列来生成加密密钥的部件，其中该数据是从具有特定调制图案的光脉冲获得的，N是不小于3的整数。
27.根据权利要求26所述的量子密钥分发程序，用于使所述计算机用作：
用于基于从当前光脉冲所获得的数据以及从所述当前光脉冲之前的第M个在前光脉冲或所述当前光脉冲之后的第M个在后光脉冲所获得的数据、来确定所述光脉冲串中的要被去除的数据的部件，其中M是不小于1的整数。
28.根据权利要求26或27所述的量子密钥分发程序，用于使所述计算机用作：
用于包括诱骗脉冲作为所述调制图案并且丢弃强度波动大的数据的部件。
29.根据权利要求26至28中任一项所述的量子密钥分发程序，用于使所述计算机用作：
用于至少丢弃由于图案效应而导致强度波动最大的数据的部件。
30.根据权利要求26至29中任一项所述的量子密钥分发程序，用于使所述计算机用作：
用于通过随机地选择被赋予至所述光脉冲串的数据序列的基来生成第一筛选密钥的部件；
用于基于通过从所述第一筛选密钥中去除如下数据而获得的数据序列来生成第二筛选密钥的部件，该数据是从具有特定调制图案的光脉冲串获得的；以及
用于通过计算所述第二筛选密钥中所包括的误码率、并且通过基于所述误码率对所述第二筛选密钥进行纠错和保密增强来生成所述加密密钥的部件，其中所述误码率是量子比特误码率即QBER。
31.一种量子密钥分发系统，包括：
根据权利要求1至5中任一项所述的量子密钥分发系统所用的发送装置；以及
根据权利要求6至10中任一项所述的量子密钥分发系统所用的接收装置。
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