CN114448619A - 基于相位的逆向调制mdi-qkd系统及其密钥分发方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于相位的逆向调制MDI‑QKD系统及其密钥分发方法，系统包括Charlie询问端、Alice移动端和Bob移动端，其中Alice和Bob分别通过自由空间信道与Charlie建立连接，基于MDI协议实现Alice和Bob之间的量子密钥分发。量子密钥分发方法包括:步骤一：Charlie询问端发射询问光束至Alice移动端和Bob移动端；步骤二：Alice移动端和Bob移动端进行逆向调制；步骤三：Charlie询问端对Alice移动端和Bob移动端调制的光束进行干涉测量。本发明将大部分功能从移动端转移到询问端，使得移动端更加轻便、节能。

Description

基于相位的逆向调制MDI-QKD系统及其密钥分发方法

技术领域

本发明涉及空间光通信和量子信息领域，更具体地，涉及一种基于相位的逆向调制MDI-QKD系统及其密钥分发方法。

背景技术

空间激光通信是一项使用光载波进行数据传输的通信技术，它使用的信道为无线信道。与射频通信相比，激光通信具有通信容量大、保密性高、抗干扰性强、频谱无需授权使用等优势。由于空间光通信具有以上优势，近年来空间光通信成为研究热点，美国、欧盟和我国纷纷展开对空间光通信的研究。在针对空间光通信的研究中，实现高传输速率、轻小型和低功耗的通信终端是研究学者一直追求的目标，随着空间激光通信的发展，对能满足上述条件的空间光通信系统的需求越来越迫切。例如，在特定应用中，有一些通信终端需要被应用于条件非常恶劣且无法提供电源的环境中；微纳卫星或无人飞机通信中，也要求搭载体积小、功耗低的通信终端。传统空间光通信系统无法满足此要求，因此，研究学者将视角转向逆向调制空间光通信，逆向调制技术通过转移系统负担，达到使移动端轻便、节能的目的。

量子密钥分发(QKD)可用于生成具有由量子力学保证的信息理论安全性的加密密钥。当前基于光纤的QKD链路的最大范围是几百公里，受损耗限制。这些距离的密钥速率非常低，基于光纤的QKD不能用于移动链路。原则上，自由空间QKD链接可以克服这些限制。使用弱相干态的室外自由空间QKD链路已在距离增加的固定节点之间得到证明。还有使用连续变量QKD和纠缠态实现定点自由空间QKD链接。

QKD的方案虽然在理论上被证明是无条件安全的，但是由于系统本身器件的不理想性，导致QKD系统存在被窃听的安全隐患，比如针对单光子探测器的“强光致盲攻击”、“时移攻击”等。2012年，Lo等人提出了著名的基于测量设备无关的量子密钥分发协议(MDI-QKD)，可以完全克服测量端的安全漏洞。

由于激光发散角非常小，传统空间光通信系统的发射终端和接收终端都配备复杂的捕获跟踪系统。这个装置非常昂贵，同时也增加了通信系统的重量、功耗和体积，这使传统系统无法应用于需要轻小型、低功耗的场合，也制约了空间激光通信的发展。逆向调制空间光通信系统通过免去系统一端的捕获跟踪装置，大大降低系统一端的重量、体积和功耗，有效的解决了传统系统无法满足轻小型、低功耗需求的难题。逆向调制能实现上述功能的原因是它是一种非对称系统，该系统的一端被称为主动激光收发端(Interrogating LaserTransceiver)，简称主动端，另一端被称为逆向调制端。主动端与传统空间光通信系统一端的构造类似，同时配备了激光发射和接收装置，而逆向调制通信端配备的是能够实现数据调制的逆向调制器，不包括激光器和指向跟踪装置，逆向调制器的硬件复杂度低，并且其功耗、体积和重量都明显低于传统激光通信系统。因此，逆向调制空间光通信系统一端具备轻小型、低功耗的优势，能满足一端具有轻小型、低功耗需求的应用，如微纳卫星和无人飞机等。

现有技术CN109586911A公开一种量子密钥分发技术领域的基于相干光通信系统的连续变量量子密钥分发方法，包括：步骤1：在相干光通信信号上叠加量子信号，实现相干光通信信号与量子信号的同步传输；步骤2：对于接收过程中的载波相位漂移问题，通过数字信号处理技术进行载波恢复，实现相干光通信信号与量子信号的分离。该方案的装置硬件复杂度高，无法满足轻小型、低功耗需求的应用。

发明内容

本发明的首要目的是提供一种基于相位的逆向调制MDI-QKD系统，使用MDI协议和逆向调制等技术，使得系统的负担转移到第三方，使移动的通信双方就以更加轻便、节能。

本发明的进一步目的是提供一种基于相位的逆向调制MDI-QKD系统的密钥分发方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于相位的逆向调制MDI-QKD系统，包括Charlie询问端、Alice移动端和Bob移动端，Alice和Bob都是可以移动的用户，在移动中实现Alice和Bob的量子密钥分发，因此被称为移动端。其中，所述Charlie询问端的输出端分别与所述Alice移动端的输入端和Bob移动端的输入端连接，所述Alice移动端的输出端与所述Charlie询问端的输入端连接，所述Bob移动端的输出端与所述Charlie询问端的输入端连接，所述Charlie询问端分别发射光束至Alice移动端和Bob移动端中，所述Alice移动端和Bob移动端分别对接收到的光束进行相位调制后反射回所述Charlie询问端，所述Charlie询问端检测发射回来的光束的相位差，根据MDI协议和后处理技术生成安全密钥。

优选地，所述Alice移动端包括第一入射透镜组、第一相位调制器、第一衰减器、第一信号发生器和第一出射透镜组，其中：所述第一入射透镜组作为所述Alice移动端的输入端，接收所述Charlie询问端发射的光束，所述第一入射透镜组与所述第一相位调制器的输入端连接，所述第一相位调制器对接收到的光束进行相位调制，所述第一信号发生器的输出端与所述第一相位调制器的控制端连接，所述第一信号发生器控制所述第一相位调制器的调制状态，所述第一相位调制器的输出端与所述第一衰减器的输入端连接，所述第一衰减器将光束光强进行衰减，所述第一衰减器的输出端与所述第一出射透镜组连接，所述第一出射透镜组与所述Charlie询问端连接。

优选地，所述Alice移动端还包括第一普罗棱镜，所述第一相位调制器的输出端输出的光束经所述第一普罗棱镜反射输入至所述第一衰减器的输入端。

优选地，所述Bob移动端包括第二入射透镜组、第二相位调制器、第二衰减器、第二信号发生器和第二出射透镜组，其中：所述第二入射透镜组作为所述Bob移动端的输入端，接收所述Charlie询问端发射的光束，所述第二入射透镜组与所述第二相位调制器的输入端连接，所述第二相位调制器对接收到的光束进行相位调制，相位调制随机选择{0，π/2,π,3π/2}其中之一，所述第二信号发生器的输出端与所述第二相位调制器的控制端连接，所述第二信号发生器控制所述第二相位调制器的调制状态，所述第二相位调制器的输出端与所述第二衰减器的输入端连接，所述第二衰减器将光束光强进行衰减，所述第二衰减器的输出端与所述第二出射透镜组连接，所述第二出射透镜组与所述Charlie询问端连接。

所属第一入射透镜组、第一出射透镜组、第二入射透镜组和第二出射透镜组用于消除杂光。

优选地，所述Bob移动端还包括第二普罗棱镜，所述第二相位调制器的输出端输出的光束经所述第二普罗棱镜反射输入至所述第二衰减器的输入端。

优选地，所述Charlie询问端包括激光发射模块和接收检测模块，其中，所述激光发射器分别发射激光至所述Alice移动端和Bob移动端，所述接收检测器分别接收所述Alice移动端和Bob移动端反射回来的光束。

优选地，所述激光发射模块包括激光发射器、第一分束器、第一光学天线和第二光学天线，其中：

所述激光发射器发射的激光经第一分束器分别进入所述第一光学天线和第二光学天线，所述第一光学天线和第二光学天线生成询问光束分别输入至Alice移动端和Bob移动端。

优选地，所述接收检测模块包括第一反射镜、第一光开关、第二光开关、相位补偿单元、第二反射镜、第三反射镜、第二分束器、第一单光子探测器和第二单光子探测器，其中：

所述Alice移动端的反射光束从第一出射透镜组发射，经所述第一发射镜偏折90°后，到达所述第一光开关，Alice移动端的反射光束中的参考光部分通过所述第一光开关，到达所述相位补偿单元，Alice移动端的反射光束中的信号光部分经所述第一光开关发射到达所述第二反射镜，经过第二反射镜反射后到达所述第二分束器；

所述Bob移动端的反射光束从第二出射透镜组发射，到达所述第二光开关，Bob移动端的反射光束中的参考光部分通过所述第二光开关，到达所述相位补偿单元，Bob移动端的反射光束中的信号光部分经所述第二光开关发射到达所述第三反射镜，经过第三反射镜反射的光束利用相位补偿单元的输出对自身进行相位补偿后，到达所述第二分束器；

所述Alice移动端的反射光束和Bob移动端的反射光束同时到达所述第二分束器并产生干涉，利用第一单光子探测器和第二单光子探测器对相位差进行测量。

定义四个相位中{0,π}为X基，{π/2,3π/2}为Y基。以Alice和Bob双方均调制X基矢并且基矢匹配的情况进行讨论：

此时，第二分束器的四种可能的输入是：

①

②

③

④

其中α表示光强或者每脉冲平均光子数，下标A和B分别是Alice和Bob调制信息光束的量子态，+/-分别代表相位调制为0或π。

则第二分束器在这四种可能输入下对应的输出为：

①

②

③

④

其中，D1表示到达第一单光子探测器的量子态，D2表示到达第二单光子探测器的量子态

因为选取的基矢相同，即α_A＝α_B＝α′，故上面四种输入又可表示为：

①

②

③

④

这四种可能的输出就对应单光子探测器的响应结果，若第一单光子探测器有响应，则说明Alice和Bob加载在各自信号脉冲上的相位相同，同为0，或同为π,此时称为0型响应，不需要比特翻转；若第二单光子探测器有响应，则说明Alice和Bob加载在各自信号脉冲上的相位不同，此时称为1型响应，需要翻转比特。

同为Y基矢时和上述过程类似，基矢不匹配时响应无效。

优选地，所述根据MDI协议和后处理技术生成安全密钥，具体为：

Charlie询问端公布测量结果，Alice移动端和Bob移动端根据测量结果，保留成功输出的比特数据，同时公开对应的基矢，保留基矢相同的数据作为筛选码，并根据MDI协议确定Bob移动端是否需要对筛选码进行比特翻转，这样Alice移动端和Bob移动端就得到了初始密钥，重复以上的步骤，积累足够数据进行误码和相位错误率检测，之后通过后处理生成安全密钥；

所述后处理包括协商纠错和保密增强，协商纠错是指Alice移动端和Bob移动端利用公共信道讨论并发现并去除或纠正原始密钥中的不同数据，从而得到无错误的协商密钥；保密增强是通过公共信道提高数据保密性的技术，通过设计压缩函数，减少协商密钥比特信息，使Eve的有效信息量变得无效，从而得到最终的安全共享密钥。

一种应用于上述所述的基于相位的逆向调制MDI-QKD系统的密钥分发方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：系统初始化，测试各项设备能否正常工作，测试信噪比是否达到正常水平，若正常，则进入S2；若不正常，则重新调试设备；若多次都不正常，则返回通信失败；

S2：询问，Charlie询问端同时向Alice移动端和Bob移动端各发送一束询问光束，这束光为强光；

S3：逆向调制，Alice移动端和Bob移动端收到光束之后分别随机选择0，π/2,π,3π/2四个相位中的一种，然后使用相位调制器对光束进行调制，最后使用衰减器将信号衰减为弱相干态并反射回Charlie询问端；

S4：反射光束检测，根据MDI协议，Alice移动端和Bob移动端首先要各反射回一束参考光，用于检测信道中对于信息光束的相位偏移，根据这个相位偏移，对于紧跟在参考光后的信息光束进行相位补偿，补偿之后对两束信息光进行干涉检测；

S5：初始密钥生成：Charlie询问端公布测量结果，Alice移动端和Bob移动端根据测量结果，保留那些有成功输出的比特数据，同时公开对应们的基矢，保留基矢相同的数据作为筛选码，并根据MDI协议确定Bob移动端是否需要对筛选码进行比特翻转，这样Alice移动端和Bob移动端就得到了初始密钥；

S6：安全密钥生成，重复S1-S5步骤，积累足够数据进行误码率检测，将误码率与理论计算值进行比较，如果低于误码率的理论计算值，则通过后处理生成安全密钥；

S7：误码率检测，若量子信号的误码率低于误码率的理论计算值，则建立安全通信；若量子信号的误码率不低于误码率的理论计算值，则放弃本次传输的数据，重新建立新的通信。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明提供一种基于相位的MDI逆向调制量子密钥分发系统，采用普罗棱镜和相位调制器实现逆向调制技术，将大部分功能从移动端转移至询问端，使得移动端更加轻便、节能。本发明基于MDI协议，使得系统的安全性得到了大大的提升。本发明基于相位的MDI逆向调制加载信息，在解调端的单光子探测器数量为以往偏振系统的一半，使得系统的成本下降。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

图2为本发明的系统的逆向调制结构示意图。

图3为本发明的系统的接收检测模块结构示意图。

图4为本发明的方法流程示意图。

图中，201为第一出射透镜组，202为第二出射透镜组，203为第一反射镜，204为第一光开关，205为第二光开关，206为相位补偿单元，207为第二反射镜，208为第三反射镜，209为第二分束器，210为第一单光子探测器，211为第二单光子探测器。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

本实施例提供一种基于相位的逆向调制MDI-QKD系统，如图1至3，包括Charlie询问端、Alice移动端和Bob移动端，其中，所述Charlie询问端的输出端分别与所述Alice移动端的输入端和Bob移动端的输入端连接，所述Alice移动端的输出端与所述Charlie询问端的输入端连接，所述Bob移动端的输出端与所述Charlie询问端的输入端连接，所述Charlie询问端分别发射光束至Alice移动端和Bob移动端中，所述Alice移动端和Bob移动端分别对接收到的光束进行相位调制后反射回所述Charlie询问端，所述Charlie询问端检测发射回来的光束的相位差，根据MDI协议和后处理技术生成安全密钥。

所述Charlie询问端发出询问光束，这束光为强光，通过自由空间同时传递给Alice移动端和Bob移动端。Alice移动端和Bob移动端收到询问光束后，使用逆向调制技术对其进行调制，将密钥信息加载在光子的相位状态上，在通过衰减器将其衰减，使得光子数目尽可能满足量子通信要求的单光子传输。再通过自由空间传输给Charlie询问端，Charlie询问端立即对其进行接收测量，再通过经典信道公布测量结果，Alice移动端和Bob移动端根据测量结果，保留那些有成功输出的比特数据，同时公开他们的基矢，保留基矢相同的数据作为筛选码，并根据MDI协议确定Bob移动端是否需要对筛选码进行比特翻转，这样Alice移动端和Bob移动端就得到了初始密钥。通过重复积累数据，进行误码检测，如果误码率低于理论计算值，Alice移动端和Bob移动端之间就可以生成安全密钥；反之，则放弃积累数据，重新开始之前的操作。根据经验误码率的理论计算值不大于10％，但是根据系统和信道的变化，这个值还需要使用相关经验公式重新计算。

Charlie询问端的询问光束不包含任何信息，询问光束通过入射透镜组进入，再通过相位调制器对光束的相位进行调制，将密钥信息加载在相位上，通过相位调制器后，使用普罗棱镜将光路反向偏折，再使用衰减器对光束进行衰减后，通过出射透镜组返回Charlie询问端处。

所述Alice移动端包括第一入射透镜组、第一相位调制器、第一衰减器、第一信号发生器和第一出射透镜组，其中：所述第一入射透镜组作为所述Alice移动端的输入端，接收所述Charlie询问端发射的光束，所述第一入射透镜组与所述第一相位调制器的输入端连接，所述第一相位调制器对接收到的光束进行相位调制，所述第一信号发生器的输出端与所述第一相位调制器的控制端连接，所述第一信号发生器只产生信号电脉冲，所述第一信号发生器控制所述第一相位调制器的调制状态，所述第一相位调制器的输出端与所述第一衰减器的输入端连接，所述第一衰减器将光束光强进行衰减，所述第一衰减器的输出端与所述第一出射透镜组连接，所述第一出射透镜组与所述Charlie询问端连接。

所述Alice移动端还包括第一普罗棱镜，所述第一相位调制器的输出端输出的光束经所述第一普罗棱镜反射输入至所述第一衰减器的输入端。

所述Bob移动端包括第二入射透镜组、第二相位调制器、第二衰减器、第二信号发生器和第二出射透镜组，其中：所述第二入射透镜组作为所述Bob移动端的输入端，接收所述Charlie询问端发射的光束，所述第二入射透镜组与所述第二相位调制器的输入端连接，所述第二相位调制器对接收到的光束进行相位调制，所述第二信号发生器的输出端与所述第二相位调制器的控制端连接，所述第二信号发生器控制所述第二相位调制器的调制状态，所述第二相位调制器的输出端与所述第二衰减器的输入端连接，所述第二衰减器将光束光强进行衰减，所述第二衰减器的输出端与所述第二出射透镜组连接，所述第二出射透镜组与所述Charlie询问端连接。

所述Bob移动端还包括第二普罗棱镜，所述第二相位调制器的输出端输出的光束经所述第二普罗棱镜反射输入至所述第二衰减器的输入端。

实施例2

本实施例在实施例的基础上，提供Charlie询问端的具体结构，所述Charlie询问端包括激光发射模块和接收检测模块，其中，所述激光发射器分别发射激光至所述Alice移动端和Bob移动端，所述接收检测器分别接收所述Alice移动端和Bob移动端反射回来的光束。

所述激光发射模块包括激光发射器、第一分束器、第一光学天线和第二光学天线，其中：

所述激光发射器发射的激光经第一分束器分别进入所述第一光学天线和第二光学天线器，所述第一光学天线和第二光学天线生成询问光束分别输入至Alice移动端和Bob移动端。

所述光学天线是能够反射出大范围的光束，能够覆盖Alice移动端和Bob移动端所在的位置，并且这束光的光强要与Bob移动端的衰减器相匹配，不能过强导致Bob移动端衰减后的光束还不能满足弱相干态的要求，否则就会造成安全隐患泄露密钥信息。这束光产生之后直接经过自由空间被Bob移动端接收，同时询问光束不携带任何信息。

所述接收检测模块包括第一反射镜203、第一光开关204、第二光开关205、相位补偿单元206、第二反射镜207、第三反射镜208、第二分束器209、第一单光子探测器210和第二单光子探测器211，其中：

所述Alice移动端的反射光束从第一出射透镜组201发射，经所述第一发射镜偏折90°后，到达所述第一光开关204，Alice移动端的反射光束中的参考光部分通过所述第一光开关204，到达所述相位补偿单元206，Alice移动端的反射光束中的信号光部分经所述第一光开关204发射到达所述第二反射镜207，经过第二反射镜207反射后到达所述第二分束器209；

所述Bob移动端的反射光束从第二出射透镜组202发射，到达所述第二光开关205，Bob移动端的反射光束中的参考光部分通过所述第二光开关205，到达所述相位补偿单元206，Bob移动端的反射光束中的信号光部分经所述第二光开关205发射到达所述第三反射镜208，经过第三反射镜208反射的光束利用相位补偿单元206的输出对自身进行相位补偿后，到达所述第二分束器209；

所述Alice移动端的反射光束和Bob移动端的反射光束同时到达所述第二分束器209并产生干涉，利用第一单光子探测器210和第二单光子探测器211对相位差进行测量，Alice移动端和Bob移动端的参考光束输入相位补偿单元206，相位补偿单元206输出的是信道引起的相位差，通过相位补偿单元206的输出对信息光束进行补偿，最终让两束信息光束进行干涉检测。

所述根据MDI协议和后处理技术生成安全密钥，具体为：

Charlie询问端公布测量结果，同时会宣布得到的成功的输出是类型零(只有探测器D0有响应)还是类型一(只有探测器D1有响应)，Alice移动端和Bob移动端根据测量结果，保留成功输出的比特数据，同时公开对应的基矢，保留基矢相同的数据作为筛选码，并根据MDI协议确定Bob移动端是否需要对筛选码进行比特翻转，这样Alice移动端和Bob移动端就得到了初始密钥，重复以上的步骤，积累足够数据进行误码和相位错误率检测，之后通过后处理生成安全密钥；

所述后处理包括协商纠错和保密增强，协商纠错是指Alice移动端和Bob移动端利用公共信道讨论并发现并去除或纠正原始密钥中的不同数据，从而得到无错误的协商密钥；保密增强是通过公共信道提高数据保密性的技术，通过设计压缩函数，减少协商密钥比特信息，使Eve的有效信息量变得无效，从而得到最终的安全共享密钥。

实施例3

本实施例提供一种应用于实施例1或2任一项所述的基于相位的逆向调制MDI-QKD系统的密钥分发方法，如图4所示，包括以下步骤：

S1：系统初始化，测试各项设备能否正常工作，测试信噪比是否达到正常水平，若正常，则进入S2；若不正常，则重新调试设备；若多次都不正常，则返回通信失败；

S2：询问，Charlie询问端同时向Alice移动端和Bob移动端各发送一束询问光束，这束光为强光；

S3：逆向调制，Alice移动端和Bob移动端收到光束之后分别随机选择0，π/2,π,3π/2四个相位中的一种，然后使用相位调制器对光束进行调制，最后使用衰减器将信号衰减为弱相干态并反射回Charlie询问端；

S4：反射光束检测，根据MDI协议，Alice移动端和Bob移动端首先要各反射回一束参考光，用于检测信道中对于信息光束的相位偏移，根据这个相位偏移，对于紧跟在参考光后的信息光束进行相位补偿，补偿之后对两束信息光进行干涉检测；

S5：初始密钥生成：Charlie询问端公布测量结果，Alice移动端和Bob移动端根据测量结果，保留那些有成功输出的比特数据，同时公开对应们的基矢，保留基矢相同的数据作为筛选码，并根据MDI协议确定Bob移动端是否需要对筛选码进行比特翻转，这样Alice移动端和Bob移动端就得到了初始密钥；

S6：安全密钥生成，重复S1-S5步骤，积累足够数据进行误码率检测，将误码率与理论计算值进行比较，如果低于误码率的理论计算值，则通过后处理生成安全密钥；

S7：误码率检测，若量子信号的误码率低于误码率的理论计算值，则建立安全通信；若量子信号的误码率不低于误码率的理论计算值，则放弃本次传输的数据，重新建立新的通信。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于相位的逆向调制MDI-QKD系统，其特征在于，包括Charlie询问端、Alice移动端和Bob移动端，其中，所述Charlie询问端的输出端分别与所述Alice移动端的输入端和Bob移动端的输入端连接，所述Alice移动端的输出端与所述Charlie询问端的输入端连接，所述Bob移动端的输出端与所述Charlie询问端的输入端连接，所述Charlie询问端分别发射光束至Alice移动端和Bob移动端，所述Alice移动端和Bob移动端分别对接收到的光束进行相位调制后反射回所述Charlie询问端，所述Charlie询问端检测发射回来的光束的相位差，根据MDI协议和后处理技术生成安全密钥。

2.根据权利要求1所述的基于相位的逆向调制MDI-QKD系统，其特征在于，所述Alice移动端包括第一入射透镜组、第一相位调制器、第一衰减器、第一信号发生器和第一出射透镜组，其中：所述第一入射透镜组作为所述Alice移动端的输入端，接收所述Charlie询问端发射的光束，所述第一入射透镜组与所述第一相位调制器的输入端连接，所述第一相位调制器对接收到的光束进行相位调制，所述第一信号发生器的输出端与所述第一相位调制器的控制端连接，所述第一信号发生器控制所述第一相位调制器的调制状态，所述第一相位调制器的输出端与所述第一衰减器的输入端连接，所述第一衰减器将光束光强进行衰减，所述第一衰减器的输出端与所述第一出射透镜组连接，所述第一出射透镜组与所述Charlie询问端连接。

3.根据权利要求2所述的基于相位的逆向调制MDI-QKD系统，其特征在于，所述Alice移动端还包括第一普罗棱镜，所述第一相位调制器的输出端输出的光束经所述第一普罗棱镜反射输入至所述第一衰减器的输入端。

4.根据权利要求1所述的基于相位的逆向调制MDI-QKD系统，其特征在于，所述Bob移动端包括第二入射透镜组、第二相位调制器、第二衰减器、第二信号发生器和第二出射透镜组，其中：所述第二入射透镜组作为所述Bob移动端的输入端，接收所述Charlie询问端发射的光束，所述第二入射透镜组与所述第二相位调制器的输入端连接，所述第二相位调制器对接收到的光束进行相位调制，所述第二信号发生器的输出端与所述第二相位调制器的控制端连接，所述第二信号发生器控制所述第二相位调制器的调制状态，所述第二相位调制器的输出端与所述第二衰减器的输入端连接，所述第二衰减器将光束光强进行衰减，所述第二衰减器的输出端与所述第二出射透镜组连接，所述第二出射透镜组与所述Charlie询问端连接。

5.根据权利要求4所述的基于相位的逆向调制MDI-QKD系统，其特征在于，所述Bob移动端还包括第二普罗棱镜，所述第二相位调制器的输出端输出的光束经所述第二普罗棱镜反射输入至所述第二衰减器的输入端。

6.根据权利要求1所述的基于相位的逆向调制MDI-QKD系统，其特征在于，所述Charlie询问端包括激光发射模块和接收检测模块，其中，所述激光发射器分别发射激光至所述Alice移动端和Bob移动端，所述接收检测器分别接收所述Alice移动端和Bob移动端反射回来的光束。

7.根据权利要求6所述的基于相位的逆向调制MDI-QKD系统，其特征在于，所述激光发射模块包括激光发射器、第一分束器、第一光学天线和第二光学天线，其中：

所述激光发射器发射的激光经第一分束器分别进入所述第一光学天线和第二光学天线，所述第一光学天线和第二光学天线生成询问光束分别输入至Alice移动端和Bob移动端。

8.根据权利要求7所述的基于相位的逆向调制MDI-QKD系统，其特征在于，所述接收检测模块包括第一反射镜、第一光开关、第二光开关、相位补偿单元、第二反射镜、第三反射镜、第二分束器、第一单光子探测器和第二单光子探测器，其中：

所述Alice移动端的反射光束从第一出射透镜组发射，经所述第一发射镜偏折90°后，到达所述第一光开关，Alice移动端的反射光束中的参考光部分通过所述第一光开关，到达所述相位补偿单元，Alice移动端的反射光束中的信号光部分经所述第一光开关发射到达所述第二反射镜，经过第二反射镜反射后到达所述第二分束器；

所述Bob移动端的反射光束从第二出射透镜组发射，到达所述第二光开关，Bob移动端的反射光束中的参考光部分通过所述第二光开关，到达所述相位补偿单元，Bob移动端的反射光束中的信号光部分经所述第二光开关发射到达所述第三反射镜，经过第三反射镜反射的光束利用相位补偿单元的输出对自身进行相位补偿后，到达所述第二分束器；

所述Alice移动端的反射光束和Bob移动端的反射光束同时到达所述第二分束器并产生干涉，利用第一单光子探测器和第二单光子探测器对相位差进行测量。

9.根据权利要求8所述的基于相位的逆向调制MDI-QKD系统，其特征在于，所述根据MDI协议和后处理技术生成安全密钥，具体为：

Charlie询问端公布测量结果，Alice移动端和Bob移动端根据测量结果，保留成功输出的比特数据，同时公开对应的基矢，保留基矢相同的数据作为筛选码，并根据MDI协议确定Bob移动端是否需要对筛选码进行比特翻转，这样Alice移动端和Bob移动端就得到了初始密钥，重复以上的步骤，积累足够数据进行误码和相位错误率检测，之后通过后处理生成安全密钥；

所述后处理包括协商纠错和保密增强，协商纠错是指Alice移动端和Bob移动端利用公共信道讨论并发现并去除或纠正原始密钥中的不同数据，从而得到无错误的协商密钥；保密增强是通过公共信道提高数据保密性的技术，通过设计压缩函数，减少协商密钥比特信息，使Eve的有效信息量变得无效，从而得到最终的安全共享密钥。

10.一种应用于权利要求1至9任一项所述的基于相位的逆向调制MDI-QKD系统的密钥分发方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：系统初始化，测试各项设备能否正常工作，测试信噪比是否达到正常水平，若正常，则进入S2；若不正常，则重新调试设备；若多次都不正常，则返回通信失败；

S2：询问，Charlie询问端同时向Alice移动端和Bob移动端各发送一束询问光束，这束光为强光；

S3：逆向调制，Alice移动端和Bob移动端收到光束之后分别随机选择0，π/2,π,3π/2四个相位中的一种，然后使用相位调制器对光束进行调制，最后使用衰减器将信号衰减为弱相干态并反射回Charlie询问端；

S4：反射光束检测，根据MDI协议，Alice移动端和Bob移动端首先要各反射回一束参考光，用于检测信道中对于信息光束的相位偏移，根据这个相位偏移，对于紧跟在参考光后的信息光束进行相位补偿，补偿之后对两束信息光进行干涉检测；

S5：初始密钥生成：Charlie询问端公布测量结果，Alice移动端和Bob移动端根据测量结果，保留那些有成功输出的比特数据，同时公开对应的基矢，保留基矢相同的数据作为筛选码，并根据MDI协议确定Bob移动端是否需要对筛选码进行比特翻转，这样Alice移动端和Bob移动端就得到了初始密钥；

S6：安全密钥生成，重复S1-S5步骤，积累足够数据进行误码率检测，将误码率与理论计算值进行比较，如果低于误码率的理论计算值，则通过后处理生成安全密钥；

S7：误码率检测，若量子信号的误码率低于误码率的理论计算值，则建立安全通信；若量子信号的误码率不低于误码率的理论计算值，则放弃本次传输的数据，重新建立新的通信。

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