CN114629629B - 接收设备、qkd系统及量子通信方法 - Google Patents

接收设备、qkd系统及量子通信方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114629629B
CN114629629B CN202011470593.XA CN202011470593A CN114629629B CN 114629629 B CN114629629 B CN 114629629B CN 202011470593 A CN202011470593 A CN 202011470593A CN 114629629 B CN114629629 B CN 114629629B
Authority
CN
China
Prior art keywords
time
phase
detector
detectors
quantum state
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
CN202011470593.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN114629629A (zh
Inventor
汤艳琳
赵梅生
李东东
孙剑
王泉
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 Shanghai Co ltd
Quantumctek Co Ltd
Original Assignee
Quantumctek Shanghai Co ltd
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 Shanghai Co ltd, Quantumctek Co Ltd filed Critical Quantumctek Shanghai Co ltd
Priority to CN202011470593.XA priority Critical patent/CN114629629B/zh
Publication of CN114629629A publication Critical patent/CN114629629A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114629629B publication Critical patent/CN114629629B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/70—Photonic quantum communication

Landscapes

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

Abstract

本发明技术方案公开了一种接收设备、QKD系统及量子通信方法，通过设置在QKD系统的接收设备中的控制器，可以配置所述QKD系统的接收设备中检测光路的开关时间，基于所述开关时间下所述检测光路对相位量子态的检测结果，判断是否满足防护处理条件，以确定是否存在所述QKD系统的可能的安全风险，基于判断结果，执行防护措施，解决相位态无效的非干涉峰造成的不同探测器的探测效率不一致的影响。

Description

接收设备、QKD系统及量子通信方法
技术领域
本发明涉及量子保密通信技术领域，更具体的说，涉及一种接收设备、QKD(Quantum Key Distribution，量子密钥分发)系统及量子通信方法。
背景技术
QKD技术具有理论上无条件的安全性而广受关注。然而理论安全性与实际设备的现实安全性不能完全等价。设备中使用的真实物理器件往往并不完美，其物理特性通常会不同程度的偏离理论描述，为QKD设备带来潜在的安全隐患。
1984年，第一个QKD协议也就是著名的BB84协议提出以来，QKD因为在原理上具有的无条件安全性而获得了广泛专注，引发了信息安全的技术革命。QKD的优势，是可以从物理上而不是数学上，保证通信双方共享对称密钥是信息论安全的，而不依赖于计算复杂性的要求和假设，能够免疫任何计算机性能提升的安全威胁。而且经过这么多年的理论发展，已经经过了理论上的严格安全证明，所得到的结论都是一致的，那就是QKD的确能够从理论上实现信息论安全的密钥分发。
在这之后，QKD逐渐从实验室验证、短距离、低成码率的QKD模型，发展成为现实环境、远距离，以及高成码率高稳定性的实用系统。但是在现实条件下，QKD协议在实际设备中的安全性，还依赖于其安全性证明中所涉及的设备模型的实施和验证。如果这些器件和模型之间有哪怕微小的偏差，那么也将给实际QKD系统带来安全性隐患。
QKD实际系统的编码方案包括常规的偏振编码、相位编码，也有近几年逐渐发展起来的的时间相位编码。相位系统或者时间相位系统相比偏振系统而言，接收设备中解码模块的一个不同之处在于一般存在非干涉峰的探测成分。对非干涉峰的处理如果不得当，则会造成安全隐患。例如，如果攻击者利用强光攻击发送时间态Z0态到接收端，接收端的非干涉峰位置(如图2的第一时刻τ0位置)接收到强光造成单光子探测器必然有探测，而由于非干涉峰之后的干涉峰位置(如图2的第二时刻τ1位置)落在非干涉峰位置之后的死时间内，因此不会有有效探测。非干涉峰一般情况是无效探测会被QKD接收端丢弃，因此也不会留下攻击痕迹。总体而言，攻击者发送强光的时间态Z0态使得接收端的相位基矢不会留下痕迹也就不会造成相应的误码。利用这个特点，攻击者可以实施类似针对偏振系统的死时间攻击获取密钥。广义地说，相位态无效的非干涉峰位置的探测对相位态有效的干涉峰位置探测的影响，和对时间态的有效位置探测的影响如果不一致，就会造成某一周期的不同探测器的探测效率不一致。因此，如何针对本攻击进行有效防护并减小对系统成码率的影响，解决相位态无效的非干涉峰造成的不同探测器的探测效率不一致的影响，是一个亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种接收设备、QKD系统及量子通信方法，方案如下：
一种QKD系统的接收设备，包括：
检测光路，所述检测光路用于随机选择检测入射光信号的相位量子态或是时间量子态；
控制器，所述控制器用于配置所述检测光路在当前系统周期的开关时间，基于所述开关时间下相位量子态的非干涉峰检测结果，判断是否满足防护处理条件，基于判断结果执行防护措施。
优选的，在上述接收设备中，所述检测光路包括：
相位量子态检测支路，所述相位量子态检测支路具有用于检测相位量子态的探测器；
时间量子态检测支路，所述时间量子态检测支路具有用于检测时间量子态的探测器；
分束器，所述分束器用于将入射光信号分为两路，一路入射所述相位量子态检测支路，另一路入射所述时间量子态检测支路；
其中，各个探测器均与所述控制器连接。
优选的，在上述接收设备中，所述相位量子态检测支路具有不等臂干涉仪；
所述分束器出射的一路光信号入射所述不等臂干涉仪，所述不等臂干涉仪出射光信号入射用于检测相位量子态的探测器；
所述分束器出射的另一路光信号入射用于检测时间量子态的探测器。
优选的，在上述接收设备中，所述控制器配置所述开关时间的方法包括：
在第一时刻和第二时刻，设置用于检测相位量子态的探测器均有门控信号，使得用于检测相位量子态的探测器在所述第一时刻和所述第二时刻均开启；
其中，在一个系统周期中，所述第一时刻在所述第二时刻之前，所述第二时刻与所述第一时刻的时间间隔等于发送设备发送相邻两个量子态的时间间隔；用于检测相位量子态的探测器在所述第一时刻检测相位态的非干涉峰，在所述第二时刻检测相位态的干涉峰。
优选的，在上述接收设备中，所述控制器判断是否满足所述防护处理条件的方法包括：
如果用于检测相位量子态的探测器中至少一者在所述第一时刻有响应，则确认满足所述防护处理条件。
优选的，在上述接收设备中，所述控制器执行所述防护措施的方法包括：
满足所述防护处理条件，对所述当前系统周期及其后续N个连续系统周期进行防护处理，N为大于或等于1的正整数。
优选的，在上述接收设备中，在所述当前系统周期及其后续N个连续系统周期中，舍弃所有探测器的探测结果，使得所有探测器同时进入相同长度的死时间，并同时恢复死时间。
优选的，在上述接收设备中，在所述当前系统周期的后续N个连续系统周期中，所述控制器舍弃所有探测器的探测结果的方法包括：
关闭所有探测器；
或，保持各个探测器正常的开启，并将探测器的探测结果作为无效数据。
优选的，在上述接收设备中，在所述当前系统周期中，所述控制器舍弃所有探测器的探测结果的方法包括：
保持各个探测器正常的开启，并将探测器的探测结果作为无效数据。
本发明还提供了一种QKD系统，包括：
接收设备，所述接收设备为上述任一项所述的接收设备；
发送设备，所述发送设备用于随机向所述接收设备发送具有时间量子态或具有相位量子态的光信号。
本发明还提供了一种量子通信方法，用于QKD系统，包括：
在当前系统周期，为所述QKD系统的检测光路配置设定的开关时间；
基于所述开关时间，通过所述检测光路随机选择检测入射光信号的相位量子态或是时间量子态；
基于所述相位量子态的非干涉峰检测结果，判断是否满足防护处理条件；
基于判断结果，执行防护措施。
优选的，在上述量子通信方法中，所述检测光路包括：相位量子态检测支路，所述相位量子态检测支路具有用于检测相位量子态的探测器；时间量子态检测支路，所述时间量子态检测支路具有用于检测时间量子态的探测器；
配置所述开关时间的方法包括：
在第一时刻和第二时刻，设置用于检测相位量子态的探测器均有门控信号，使得用于检测相位量子态的探测器在所述第一时刻和所述第二时刻均开启；
其中，在一个系统周期中，所述第一时刻在所述第二时刻之前，所述第二时刻与所述第一时刻的时间间隔等于发送设备发送相邻两个量子态的时间间隔；用于检测相位量子态的探测器在所述第一时刻检测相位态的非干涉峰，在所述第二时刻检测相位态的干涉峰。
优选的，在上述量子通信方法中，判断是否满足所述防护处理条件的方法包括：
如果用于检测相位量子态的探测器中至少一者在所述第一时刻有响应，则确认满足所述防护处理条件。
优选的，在上述量子通信方法中，如果满足所述防护处理条件，执行所述防护措施的方法包括：
对所述当前系统周期及其后续N个连续系统周期进行防护处理。
优选的，在上述量子通信方法中，进行所述防护处理的方法包括：
在所述当前系统周期及其后续N个连续系统周期中，舍弃所有探测器的探测结果，使得所有探测器同时进入相同长度的死时间，并同时恢复死时间。
优选的，在上述量子通信方法中，在所述当前系统周期的后续N个连续系统周期中，舍弃所有探测器的探测结果的方法包括：
关闭所有探测器；
或，保持各个探测器的正常的开启，并将探测器的探测结果作为无效数据。
优选的，在上述量子通信方法中，在所述当前系统周期中，舍弃所有探测器的探测结果的方法包括：
保持各个探测器的正常的开启，并将探测器的探测结果作为无效数据。
通过上述描述可知，本发明技术方案提供的接收设备、QKD系统及量子通信方法中，通过设置在QKD系统的接收设备中的控制器，可以配置所述QKD系统的接收设备中检测光路的开关时间，基于所述开关时间下所述检测光路对相位量子态的检测结果，判断是否满足防护处理条件，以确定是否存在可能的安全风险，基于判断结果，执行防护措施，解决相位态无效的非干涉峰造成的不同探测器的探测效率不一致的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为一种常规QKD系统的结构示意图；
图2为一种时间相位编码的QKD系统进行量子通信的原理图；
图3为一种QKD系统的解码原理示意图；
图4为本发明实施例提供的一种QKD系统接收设备的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种检测光路的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种QKD系统的结构示意；
图7为本发明实施例提供的一种量子通信方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
利用光子的时间信息构建量子比特是QKD常用方案，图1为一种常规的时间相位编码QKD系统的结构示意图。
图1所示的采用了时间相位编码的QKD系统中，发送端A通过激光器Laser发射光脉冲，通过一滤波器入射不等臂干涉仪AMZ1。不等臂干涉仪AMZ1包括一个分束器和两个法拉第反射镜FM，还具有用于调节相位的压电陶瓷Piezo。不等臂干涉仪AMZ1将一个光脉冲分成两个关联的脉冲对其中，|t0>表示经过不等臂干涉仪AMZ1短臂的脉冲分量(传输时间短)，|t1>表示经过不等臂干涉仪AMZ1长臂的脉冲分量(传输时间长)。通过强度调制器IM调制这两个脉冲分量的幅度以制备时间量子态后，光信号依次通过色散补偿光纤DCF、衰减器VA出射。出射光信号通过超低损耗光纤ULL Fiber入射接收设备。
接收设备B通过分束器BS进行基矢选择，对于Z基矢，直接使用单光子探测器D11测量光子的到达时间，基于到达时间可以区分时间量子态。对于X基矢，使用干涉方法可以区分相位量子态。具体的，分束器BS将入射光信号分为两路，一路入射时间态检测支路，通过探测器D11检测时间量子态，另一路入射相位态检测支路，通过不等臂干涉仪AMZ2后，入射探测器D12检测相位量子态。不等臂干涉仪AMZ2包括两个法拉第反射镜FM。
相位编码的QKD系统量子通信的解码原理如图2所示。需要说明的是，高维QKD编码QKD系统量子通信原理可以如图2所示方式类似拓展，不再赘述。
参考图2，图2为一种时间相位编码的QKD系统进行量子通信的原理图，发送设备随机选择，发送具有时间信息的时间量子态|t0>和|t1>(|t0＞和|t1＞构成Z基矢)或者具有相位信息的量子态(构成X基矢)。接收设备随机选择时间基矢或相位基矢进行测量。
如果选择时间基矢Z，根据测量光子的到达时间代表不同的比特，如图2所示，第一时刻τ0测量到光子代表比特0(表示Z基矢为Z0)，第二时刻τ1测量到光子代表比特1(表示Z基矢为Z1)。以相位量子态检测支路中用于不等臂干涉仪的两探测器为例，设定该两探测器分别为第一探测器和第二探测器，如果选择相位基矢X，根据特定时刻响应的探测器不同的比特，如图2所示，第二时刻τ1第二探测器响应代表比特0(表示X基矢为X0)，第二时刻τ1第一探测器响应代表比特1(表示X基矢为X1)。基于量子通信规则，当选择相位X基矢进行测量时，通常只保留第二时刻τ1的探测结果，而第一时刻τ0和第三时刻τ2的探测结果作为无效结果舍弃。
在被动解码时间相位的QKD系统中，解码原理如图3所示，图3为一种QKD系统的解码原理示意图，首先，通过分束器BS将入射光信号分为两路，一路通过第三探测器Dt进行时间基矢Z测量，另一路进入不等臂干涉仪AMZ，通过第一探测器D1和第二探测器D0进行相位基矢X测量。
对于时间基矢Z，通过达到时间区分探测结果，第三探测器Dt在第一时刻τ0响应代表比特0，在第二时刻τ1响应代表比特1。对于相位基矢X，只保留第二时刻τ1的探测结果，而第一时刻τ0和第三时刻τ2的探测结果作为无效结果舍弃。根据特定时刻响应的探测器来区分不同的比特，在第二时刻τ1，如果第二探测器D0响应代表比特0，如果第一探测器D1响应代表比特1。
QKD系统中实际使用的探测器通常具有死时间特征，即探测器探测到一个脉冲后，在一段时间(死时间)内不能再探测其他脉冲，经过这段时间后才能探测下一个脉冲。
由于探测器存在死时间，接收设备的上述解码探测方案如果不严格考虑死时间处理则会导致某些时刻的探测效率不一样，使得系统存在安全漏洞和被攻击的隐患。
例如一其他攻击设备首先截取发送设备发射的量子信号，并通过与接收设备完全相同的设备随机选择测量基矢进行测量。
如果该其他攻击设备的测量结果为时间量子态Z0，则向接收设备发送包含时间量子态Z0的光信号(如非单光子的强光信号)。在强光下，接收设备既有时间基矢Z测量，又有相位基矢X测量。具体地，接收设备进行时间基矢Z测量时，第三探测器Dt响应，测量结果为时间量子态Z0，与该其他攻击设备的测量结果相同，接收设备进行相位基矢X进行测量时，第二探测器D0和第一探测器D1在第一时刻τ0响应，同时进入死时间，而死时间长度一般大于第一时刻和第二时刻的间隔，因此第二时刻处于死时间内，第二时刻τ1不再输出探测信号。在这种情况下，对于相位基矢X，如果接收设备舍弃第一时刻τ0和第三时刻τ2探测结果，那么该其他设备完全能够控制接收设备的测量结果与其相同，且不产生错误，故该其他设备能够窃取此时的密钥信息而不被发现。该过程中使用分束器BS进行基矢选择，也可以使用其他基矢选择方式，比如光开关，原理类似不赘述。
为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种QKD系统的接收设备，该接收设备如图4所示，图4为本发明实施例提供的一种QKD系统接收设备的结构示意图，所述接收设备包括：检测光路11，所述检测光路11用于随机选择检测入射光信号的相位量子态或是时间量子态；控制器12，所述控制器12用于配置所述检测光路11在当前系统周期的开关时间，基于所述开关时间下相位量子态的非干涉峰检测结果，判断是否满足防护处理条件，基于判断结果执行防护措施。如果满足所述防护处理条件，表征可能存在所述QKD系统的发送设备之外的其他设备对所述接收设备发送光信号，执行防护措施，解决相位态无效的非干涉峰造成的不同探测器的探测效率不一致的影响。
本申请实施例只需要基于非干涉峰检测结果，判断是否满足防护处理条件，如果满足，则表明可能存在安全隐患，可能存在所述QKD系统的发送设备之外的其他设备对所述接收设备发送光信号，无需复杂的检测方式用于确定是否无疑确定具有其他设备对所述接收设备发送光信号。
参考图5，图5为本发明实施例提供的一种检测光路的结构示意图，图5所示方式中，所述检测光路11包括：相位量子态检测支路，所述相位量子态检测支路具有用于检测相位量子态的探测器；时间量子态检测支路，所述时间量子态检测支路具有用于检测时间量子态的探测器；分束器BS，所述分束器BS用于将入射光信号分为两路，一路入射所述相位量子态检测支路，另一路入射所述时间量子态检测支路；其中，各个探测器均与所述控制器12连接。
所述相位量子态检测支路具有不等臂干涉仪，本申请实施例中不等臂干涉仪可以为AMZ(不等臂马赫-曾德尔干涉仪)，也可以为其他结构的不等臂干涉仪；所述分束器BS出射的一路光信号入射所述不等臂干涉仪，所述不等臂干涉仪出射光信号入射用于检测相位量子态的探测器；所述分束器BS出射的另一路光信号入射用于检测时间量子态的探测器。
图5所示方式中，相位量子态检测支路采用两个探测器分别对不等臂干涉仪输出的两路光信号进行测量，该两个探测器分别为第一探测器D1和第二探测器D0，时间量子态检测支路具有第三探测器Dt。其他方式中，相位量子态检测支路也可以如图1所示，通过延时设备，进而采用一个探测器分时测量不等臂干涉仪输出的两路光信号。
所述控制器12配置所述开关时间的方法包括：在第一时刻τ0和第二时刻τ1，设置用于检测相位量子态的探测器均有门控信号，使得用于检测相位量子态的探测器在所述第一时刻τ0和所述第二时刻τ1均开启。其中，在一个系统周期中，所述第一时刻τ0在所述第二时刻τ1之前，所述第二时刻τ1与所述第一时刻τ0的时间间隔等于所述发送设备发送相邻两个量子态的时间间隔；用于检测相位量子态的探测器在所述第一时刻τ0检测相位态的非干涉峰，在所述第二时刻τ1检测相位态的干涉峰。
进一步地，所述控制器12判断是否存在其他设备对所述接收设备发送光信号的方法包括：如果用于检测相位量子态的探测器中至少一者在所述第一时刻τ0有响应，则确认满足所述防护处理条件，表明QKD系统可能存在安全风险。
所述控制器12执行所述防护措施的方法包括：如果满足防护处理条件，对所述当前系统周期及其后续N个连续系统周期进行防护处理。N为预设的大于或等于1的正整数，N可以基于需求设定，本申请实施例对此不做具体限定。这样，当存在安全风向时，对当前系统周期及其后续连续的N个系统周期进行防护处理，能够解决相位态无效的非干涉峰造成的不同探测器的探测效率不一致的影响。
具体的，所述控制器12进行所述防护处理的方法包括：在所述当前系统周期及其后续N个连续系统周期中，舍弃所有探测器的探测结果，使得所有探测器同时进入相同长度的死时间，并同时恢复死时间。
在所述当前系统周期的后续N个连续系统周期中，所述控制器12舍弃所有探测器的探测结果的方法包括：关闭所有探测器；或，保持各个探测器的正常的开启，并将探测器的探测结果作为无效数据。
在当前系统周期的第N+1个周期，重新判断是否满足防护处理条件，基于判断结果执行防护措施，实现方式与上述实施例相同，不再赘述。
如果在所述当前系统周期的后续N个连续系统周期中，舍弃所有探测器的探测结果，在探测器开关控制层面，在当前系统周期下一周期开始使得所有探测器同时进入死时间，并在之后的第N个周期结束后同时结束死时间，从而能够解决相位态无效的非干涉峰造成的不同探测器的探测效率不一致的影响。
如果在所述当前系统周期的后续N个连续系统周期中，保持各个探测器的正常的开启，并将探测器的探测结果作为无效数据，虽然各个探测器均正常开始，由于将探测器的探测结果作为无效数据，在数据处理层面，等效于所有探测器在当前系统周期的后续N个连续系统周期中，同时进入相同长度的死时间，并同时恢复死时间，从而能够解决相位态无效的非干涉峰造成的不同探测器的探测效率不一致的影响。
在所述当前系统周期中，所述控制器12舍弃所有探测器的探测结果的方法包括：保持各个探测器的正常的开启，并将探测器的探测结果作为无效数据。
在当前系统周期中，需要基于各个探测器的探测结果判断是否满足防护处理条件，在所述当前系统周期中，所述控制器12舍弃所有探测器的探测结果的方法包括：保持各个探测器的正常的开启，并将探测器的探测结果作为无效数据。
上述方案可以有效保证相位态的第一时刻τ0(为无效的非干涉峰)的探测造成的影响，对相位态的第二时刻τ1(为有效的干涉峰)和时间态的第一时刻τ0和第二时刻τ1的影响是一致的，不会造成某一周期的探测效率不一致。
需要说明的是，本发明实施例中针对时间量子态不局限于BB84协议，其他采用时间量子态编码的QKD方案(如COW协议、DPS协议或RRDPS协议等)，以及包含时间量子态编码的高维编码的QKD方案，也可以基于本发明实施例方案构思实施其他设备向发送设备发送光信号的方案展示以及接收设备的安全防护。
基于上述实施例，本发明另一实施例还提了一种QKD系统，如图6所示，图6为本发明实施例提供的一种QKD系统的结构示意，该QKD系统包括：接收设备，所述接收设备为上述实施例所述的接收设备；发送设备，所述发送设备用于随机向所述接收设备发送具有时间量子态或具有相位量子态的光信号。
图6所示QKD系统具有上述实施例所述发送设备，能够基于相位量子态的非干涉峰检测结果，判断是否满足防护处理条件，可以及时准确的发现可能存在的安全隐患，确定是否可能存在发送设备之外的其他设备发送光信号，进而进行相应防护措施，解决相位态无效的非干涉峰造成的不同探测器的探测效率不一致的影响，提高量子通信的安全性。
基于上述实施例，本发明另一实施例还提了一种量子通信方法，用于QKD系统，所述量子通信方法如图7所示，图7为本发明实施例提供的一种量子通信方法的流程示意图，所述量子通信方法包括：
步骤S11：在当前系统周期，为所述QKD系统的检测光路配置设定的开关时间；
步骤S12：基于所述开关时间，通过所述检测光路随机选择检测入射光信号的相位量子态或是时间量子态；
步骤S13：基于所述相位量子态的非干涉峰检测结果，判断是否满足防护处理条件；
步骤S14：基于判断结果，执行防护措施。
所述量子通信方法适用上述实施例所述的QKD系统，QKD系统的结构可以参考上述实施例，在此不再赘述。
所述检测光路包括：相位量子态检测支路，所述相位量子态检测支路具有用于检测相位量子态的探测器；时间量子态检测支路，所述时间量子态检测支路具有用于检测时间量子态的探测器。
本申请实施例所述量子通信方法，配置所述开关时间的方法包括：在第一时刻和第二时刻，设置用于检测相位量子态的探测器均有门控信号，使得用于检测相位量子态的探测器在所述第一时刻和所述第二时刻均开启；其中，在一个系统周期中，所述第一时刻在所述第二时刻之前，所述第二时刻与所述第一时刻的时间间隔等于所述发送设备发送相邻两个量子态的时间间隔；用于检测相位量子态的探测器在所述第一时刻检测相位态的非干涉峰，在所述第二时刻检测相位态的干涉峰。
本申请实施例所述量子通信方法，判断是否满足所述防护处理条件的方法包括：如果用于检测相位量子态的探测器中至少一者在所述第一时刻有响应，则确认满足所述防护处理条件。
本申请实施例所述量子通信方法，如果满足所述防护处理条件，执行所述防护措施的方法包括：对所述当前系统周期及其后续N个连续系统周期进行防护处理。
本申请实施例所述量子通信方法，进行所述防护处理的方法包括：在所述当前系统周期及其后续N个连续系统周期中，舍弃所有探测器的探测结果，使得所有探测器同时进入相同长度的死时间，并同时恢复死时间。
本申请实施例所述量子通信方法，在所述当前系统周期的后续N个连续系统周期中，舍弃所有探测器的探测结果的方法包括：关闭所有探测器；或，保持各个探测器的正常的开启，并将探测器的探测结果作为无效数据。
本申请实施例所述量子通信方法，在所述当前系统周期中，舍弃所有探测器的探测结果的方法包括：保持各个探测器的正常的开启，并将探测器的探测结果作为无效数据。
所述量子通信方法可以配置所述QKD系统的接收设备中检测光路的开关时间，基于所述开关时间下所述检测光路对相位量子态的检测结果，判断是否满足防护处理条件，以确定是否存在可能的安全风险，基于判断结果，执行防护措施，解决相位态无效的非干涉峰造成的不同探测器的探测效率不一致的影响。
需要说明的是，本发明实施例中，对发送设备结构不作具体限定，可以为已有任一种时间相位编码的发送设备结构，不局限于图1所示方式；对于接收设备结构，包括但不限于图1、图3和图5所示结构。在选择相位基矢测量时，接收设备中不等臂干涉仪可以通过延时设备采用一个探测器分别测量该不等臂干涉仪输出的两个光脉冲分量，或通过两个探测器分别测量该不等臂干涉仪输出的两个光脉冲分量。
本说明书中各个实施例采用递进、或并列、或递进和并列结合的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的QKD系统及量子通信方法而言，由于其与实施例公开的接收设备相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见接收设备对应部分说明即可。还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (14)

1.一种QKD系统的接收设备，其特征在于，包括：
检测光路，所述检测光路用于随机选择检测入射光信号的相位量子态或是时间量子态；
控制器，所述控制器用于配置所述检测光路在当前系统周期的开关时间，基于所述开关时间下相位量子态的非干涉峰检测结果，判断是否满足防护处理条件，基于判断结果执行防护措施；
所述检测光路包括：相位量子态检测支路，所述相位量子态检测支路具有用于检测相位量子态的探测器；时间量子态检测支路，所述时间量子态检测支路具有用于检测时间量子态的探测器；分束器，所述分束器用于将入射光信号分为两路，一路入射所述相位量子态检测支路，另一路入射所述时间量子态检测支路；其中，各个探测器均与所述控制器连接；
所述控制器配置所述开关时间的方法包括：在第一时刻和第二时刻，设置用于检测相位量子态的探测器均有门控信号，使得用于检测相位量子态的探测器在所述第一时刻和所述第二时刻均开启；其中，在一个系统周期中，所述第一时刻在所述第二时刻之前，所述第二时刻与所述第一时刻的时间间隔等于发送设备发送相邻两个量子态的时间间隔；用于检测相位量子态的探测器在所述第一时刻检测相位态的非干涉峰，在所述第二时刻检测相位态的干涉峰。
2.根据权利要求1所述的接收设备，其特征在于，所述相位量子态检测支路具有不等臂干涉仪；
所述分束器出射的一路光信号入射所述不等臂干涉仪，所述不等臂干涉仪出射光信号入射用于检测相位量子态的探测器；
所述分束器出射的另一路光信号入射用于检测时间量子态的探测器。
3.根据权利要求1所述的接收设备，其特征在于，所述控制器判断是否满足所述防护处理条件的方法包括：
如果用于检测相位量子态的探测器中至少一者在所述第一时刻有响应，则确认满足所述防护处理条件。
4.根据权利要求1所述的接收设备，其特征在于，所述控制器执行所述防护措施的方法包括：
如果满足所述防护处理条件，对所述当前系统周期及其后续N个连续系统周期进行防护处理，N为大于或等于1的正整数。
5.根据权利要求4所述的接收设备，其特征在于，所述控制器进行所述防护处理的方法包括：
在所述当前系统周期及其后续N个连续系统周期中，舍弃所有探测器的探测结果，使得所有探测器同时进入相同长度的死时间，并同时恢复死时间。
6.根据权利要求5所述的接收设备，其特征在于，在所述当前系统周期的后续N个连续系统周期中，所述控制器舍弃所有探测器的探测结果的方法包括：
关闭所有探测器；
或，保持各个探测器的正常的开启，并将探测器的探测结果作为无效数据。
7.根据权利要求5所述的接收设备，其特征在于，在所述当前系统周期中，所述控制器舍弃所有探测器的探测结果的方法包括：
保持各个探测器的正常的开启，并将探测器的探测结果作为无效数据。
8.一种QKD系统，其特征在于，包括：
接收设备，所述接收设备为如权利要求1-7任一项所述的接收设备；
发送设备，所述发送设备用于随机向所述接收设备发送具有时间量子态或具有相位量子态的光信号。
9.一种量子通信方法，用于QKD系统，其特征在于，包括：
在当前系统周期，为所述QKD系统的检测光路配置设定的开关时间；
基于所述开关时间，通过所述检测光路随机选择检测入射光信号的相位量子态或是时间量子态；
基于所述相位量子态的非干涉峰检测结果，判断是否满足防护处理条件；
基于判断结果，执行防护措施；
所述检测光路包括：相位量子态检测支路，所述相位量子态检测支路具有用于检测相位量子态的探测器；时间量子态检测支路，所述时间量子态检测支路具有用于检测时间量子态的探测器；
配置所述开关时间的方法包括：
在第一时刻和第二时刻，设置用于检测相位量子态的探测器均有门控信号，使得用于检测相位量子态的探测器在所述第一时刻和所述第二时刻均开启；
其中，在一个系统周期中，所述第一时刻在所述第二时刻之前，所述第二时刻与所述第一时刻的时间间隔等于发送设备发送相邻两个量子态的时间间隔；用于检测相位量子态的探测器在所述第一时刻检测相位态的非干涉峰，在所述第二时刻检测相位态的干涉峰。
10.根据权利要求9所述的量子通信方法，其特征在于，判断是否满足所述防护处理条件的方法包括：
如果用于检测相位量子态的探测器中至少一者在所述第一时刻有响应，则确认满足所述防护处理条件。
11.根据权利要求9所述的量子通信方法，其特征在于，如果满足所述防护处理条件，执行所述防护措施的方法包括：
对所述当前系统周期及其后续N个连续系统周期进行防护处理，N为大于或等于1的正整数。
12.根据权利要求11所述的量子通信方法，其特征在于，进行所述防护处理的方法包括：
在所述当前系统周期及其后续N个连续系统周期中，舍弃所有探测器的探测结果，使得所有探测器同时进入相同长度的死时间，并同时恢复死时间。
13.根据权利要求12所述的量子通信方法，其特征在于，在所述当前系统周期的后续N个连续系统周期中，舍弃所有探测器的探测结果的方法包括：
关闭所有探测器；
或，保持各个探测器的正常的开启，并将探测器的探测结果作为无效数据。
14.根据权利要求12所述的量子通信方法，其特征在于，在所述当前系统周期中，舍弃所有探测器的探测结果的方法包括：
保持各个探测器的正常的开启，并将探测器的探测结果作为无效数据。
CN202011470593.XA 2020-12-14 2020-12-14 接收设备、qkd系统及量子通信方法 Active CN114629629B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011470593.XA CN114629629B (zh) 2020-12-14 2020-12-14 接收设备、qkd系统及量子通信方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011470593.XA CN114629629B (zh) 2020-12-14 2020-12-14 接收设备、qkd系统及量子通信方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114629629A CN114629629A (zh) 2022-06-14
CN114629629B true CN114629629B (zh) 2024-04-30

Family

ID=81897569

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011470593.XA Active CN114629629B (zh) 2020-12-14 2020-12-14 接收设备、qkd系统及量子通信方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114629629B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115065419B (zh) * 2022-08-05 2022-11-15 国开启科量子技术(北京)有限公司 用于量子通信系统的门控信号调谐方法和装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108964778A (zh) * 2017-05-22 2018-12-07 中国科学技术大学 一种用于时间比特-相位编码的解码装置
CN110620619A (zh) * 2018-09-18 2019-12-27 科大国盾量子技术股份有限公司 一种量子通信系统及其发射端以及量子通信方法
CN110784485A (zh) * 2019-11-06 2020-02-11 合肥量芯科技有限公司 一种抵御量子密钥分配系统探测端攻击的方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3399670B1 (en) * 2017-05-03 2021-09-29 Université de Genève Apparatus and method for decoy-state three-state quantum key distribution

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108964778A (zh) * 2017-05-22 2018-12-07 中国科学技术大学 一种用于时间比特-相位编码的解码装置
CN110620619A (zh) * 2018-09-18 2019-12-27 科大国盾量子技术股份有限公司 一种量子通信系统及其发射端以及量子通信方法
CN110784485A (zh) * 2019-11-06 2020-02-11 合肥量芯科技有限公司 一种抵御量子密钥分配系统探测端攻击的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114629629A (zh) 2022-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Makarov et al. Creation of backdoors in quantum communications via laser damage
KR101351012B1 (ko) 다자간 양자 통신에서의 사용자 인증 방법 및 장치
JP5290153B2 (ja) 検証された距離測定
KR100654426B1 (ko) 감춰진 편광을 가진 광자 다발들을 이용한 다단계 경로를통한 양자 암호화 방법
JP2007251678A (ja) 量子暗号通信装置および通信端末における平均光子数設定方法
WO2016145037A1 (en) Methods and apparatuses for authentication in quantum key distribution and/or quantum data communication
KR101767067B1 (ko) 양자 암호 키 분배 방법, 장치 및 시스템
Wu et al. An integrated data-driven scheme for the defense of typical cyber–physical attacks
CN108199768A (zh) 一种基于w态的测量设备无关量子密钥分发系统及方法
RU2507690C1 (ru) Способ квантового кодирования и передачи криптографических ключей
CN114629629B (zh) 接收设备、qkd系统及量子通信方法
RU2783977C1 (ru) Способ обнаружения атаки с ослеплением детекторов в системах квантовой криптографии с поляризационным кодированием
CN111525951B (zh) 一种探测器的安全监测装置、方法及量子密钥分发接收机
CN113452523B (zh) 针对连续变量量子密钥分发过程的异常通信检测方法
EP3896409B1 (en) Fiber event detection using reliability metrics
CN113037475A (zh) 一种非对称信道下的量子秘密共享方法及系统
CN106680828B (zh) 基于量子关联的量子雷达及其处理方法
CN113472522B (zh) 接收设备、校验设备、qkd系统及量子通信方法
EP2798770B1 (en) Method and system for estimating the noise of a two - photon entangled state
CN107040371B (zh) 根据传输信道的物理特性在设备中产生秘密值序列的方法
JP4962700B2 (ja) 量子暗号通信装置
RU2730554C1 (ru) Способ выявления атаки на квантовые состояния в квантовом канале связи
CN114697009A (zh) 用于检测相位编码qkd设备光源注锁漏洞的装置、方法及攻击端
CN114613234B (zh) 基于光子数分离的量子通信攻防演示系统
CN117459153B (zh) 一种光纤信道窃听检测装置

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