CN208707654U - 一种量子密钥分发系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种量子密钥分发系统，包括：发送装置和接收装置；所述发送装置和接收装置通过传输信道连接；所述接收装置包括：第一探测器、第二探测器和第二控制器；所述发送装置的输出端与所述第一探测器连接；所述第一探测器的输出端与第二探测器连接；所述第二探测器的输出端与第二控制器连接；所述第二控制器的同步信号端与所述发送装置的同步信号端连接。应用本实用新型可以免疫强光致盲等针对接收装置的攻击，同时保证原始成码率。

Description

一种量子密钥分发系统

技术领域

本申请涉及量子信息通信技术领域，尤其涉及一种量子密钥分发系统。

背景技术

随着互联网技术的蓬勃发展，通讯安全的重要性与日俱增。在众多场合下， 通讯双方希望在利用公共信道的情况下进行保密通讯。例如，当用户向网上银 行提交账号和密码的时候，用户希望这些信息在传递过程中是保密的，即任何 第三方都无法窃听。当前广泛使用的加密方法是公钥加密算法。此类算法基于 某些数学问题的算法复杂度，随着科技的发展，他们的安全性受到威胁。因此， 我们亟需开发更加安全可靠的加密方法。

量子密钥分发技术是基于量子力学特性的全新的密钥分发方案，是量子信息 技术中最有应用前景的技术之一。该技术借用公共信道使得通讯双方之间共享 安全的随机密钥。结合一次一密的加密方法，共享的随机密钥可以用来对通讯 中的信息进行加密，从而保证通讯安全。量子密钥分发的安全性基于物理学基 本原理，因此是信息论安全的。

目前，现有技术中已经提供了一些商用的量子密钥分发系统，这些系统大部 分基于BB84协议。在BB84协议中，量子密钥分发系统一般包括发送装置和接 收装置。发送装置将信息编码在四种不同的量子态|0>、|1>、|+>、|->上，并约 定每个量子态所代表的编码信息。在上述的四种量子态中，|0>和|1>相互正交， 因此可组成一组测量基，称之为直测量基(简称Z基，下同)，|0>态和|1>态是Z 基的两个本征态；|+>和|->也相互正交，因此可组成另一组测量基，称之为斜测 量基(简称X基，下同)，|+>态和|->态是X基的两个本征态。

发送装置向接收装置随机发送上述四种不同的量子态|0>、|1>、|+>、|->， 接收装置随机选择X基或Z基对所接收到的量子态进行测量。随后，发送装置 和接收装置在典信道中公布各自在进行编码或测量时所选择使用的测量基，并 丢弃双方在编码或测量时使用了不同测量基的量子态，从而筛选出双方选择了 相同的测量基进行编码或测量时的编码数据，作为所传输的量子密钥。

但是，由于在实际应用中的系统与安全分析理论模型之间存在差异，因此现 有技术中的量子密钥分发系统大多存在一些安全漏洞。分析表明，大部分的黑 客攻击集中在接收端，如强光致盲攻击，时移攻击等。产生这些攻击的一个重 要原因在于，在BB84协议中，大量探测数据因收发双方基矢不匹配而丢弃，导 致这部分数据没有参与参数估计这一过程。因此，攻击者可以将攻击引入的错 误聚集在这部分数据中而不被发现，从而很难保证信息的安全。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种量子密钥分发系统，从而可以免疫强光致 盲等针对接收装置的攻击，同时保证原始成码率。

本实用新型的技术方案具体是这样实现的：

一种量子密钥分发系统，该系统包括：发送装置和接收装置；

所述发送装置和接收装置通过传输信道连接；

所述接收装置包括：第一探测器、第二探测器和第二控制器；

所述发送装置的输出端与所述第一探测器连接；

所述第一探测器的输出端与第二探测器连接；所述第二探测器的输出端 与第二控制器连接；所述第二控制器的同步信号端与所述发送装置的同步信 号端连接；

所述发送装置，用于从预设的四种量子态中随机选择一种量子态发送给 所述接收装置的第一探测器；还用于根据接收到的第一测量结果和弱测量基 的信息进行参数估计，得到误码率；当误码率不大于预设阈值时，将所发送 的各个量子态的第一类测量基的信息发送给所述接收装置的第二控制器；丢 弃不属于预先确定的第一类测量基的量子态所对应的数据，得到初始密钥； 根据第一测量结果对初始密钥进行纠错，得到纠错后的密钥；根据第一测量 结果对纠错后的密钥进行隐私放大，得到安全密钥；

其中，所述预设的四种量子态属于两组不同的第一类测量基；

所述第一探测器，用于随机选择预设的两组弱测量基中的一组弱测量基 对所接收的量子态进行弱测量调制，将弱测量调制后的量子态发送给第二探 测器；

所述第二探测器，用于从弱测量调制后的量子态中测量得到第一测量结 果和第一探测器所选择的弱测量基的信息，并使用预先确定的第一类测量基 对弱测量调制后的量子态进行测量，得到第二测量结果，并将第一测量结果、 第一探测器所选择的弱测量基的信息和第二测量结果发送给所述第二控制 器；

所述第二控制器，用于将第一测量结果和所选择的弱测量基的信息发送 给发送装置；丢弃不属于预先确定的第一类测量基的量子态所对应的数据， 得到初始密钥；根据第一测量结果对初始密钥进行纠错，得到纠错后的密钥； 根据第一测量结果对纠错后的密钥进行隐私放大，得到安全密钥。

较佳的，所述第一探测器包括：光开关、第一弱测量器和第二弱测量器；

所述第二探测器包括：第一强测量器和第二强测量器；

所述光开关的输出端分别与第一弱测量器和第二弱测量器输入端连接； 所述第一弱测量器和第二弱测量器输出端分别与第一强测量器和第二强测量 器的输入端连接；所述第一强测量器和第二强测量器的输出端分别与所述第 二控制器的输入端连接；

所述光开关，用于将所接收到的量子态随机发送给第一弱测量器或第二 弱测量器；

所述第一弱测量器，用于分别使用预设的一组弱测量基对所接收的量子 态进行弱测量调制，并将弱测量调制后的量子态发送给所述第一强测量器；

所述第二弱测量器，用于分别使用预设的另一组弱测量基对所接收的量 子态进行弱测量调制，并将弱测量调制后的量子态发送给所述第二强测量器；

所述第一强测量器和第二强测量器，均用于从弱测量调制后的量子态中 测量得到第一测量结果和第一探测器所选择的弱测量基的信息，并使用预先 确定的第一类测量基对弱测量调制后的量子态进行测量，得到第二测量结果， 并将第一测量结果、第一探测器所选择的弱测量基的信息和第二测量结果发 送给所述第二控制器。

较佳的，所述光开关为偏振分束器。

较佳的，弱测量器包括：第一半波片、第二半波片、第一偏振分束器、第二 偏振分束器、第一反射镜和第二反射镜；

所述第一半波片用于将入射的光信号中的光子的偏振度向预设的第一方 向偏转预设的第一角度，并将偏转后的光信号输出至第一偏振分束器；

所述第一偏振分束器的第一输出端与第一反射镜连接，第二输出端与第 二偏振分束器的第一输入端连接；所述第一偏振分束器用于将所接收的光信 号根据偏振方向分成两束光信号分别通过两个不同的光路输出至第一反射镜 和第二偏振分束器的第一输入端；

所述第一反射镜将接收到的光信号反射到第二反射镜；

所述第二反射镜将接收到的光信号反射到第二偏振分束器的第二输入 端；

所述第二偏振分束器，用于将通过两个光路接收到的光信号合束后输出 至第二半波片；

所述第二半波片，用于将入射光信号中的光子的偏振度向所述第一方向 的反方向偏转预设的第一角度，并将偏转后的光信号输出至后续的第二探测 器。

较佳的，在第一反射镜和第二反射镜之间设置一个石英晶体；

所述第一反射镜将接收到的光信号反射到所述石英晶体，并穿过所述石英晶 体到达第二反射镜。

较佳的，所述传输信道为光纤或自由空间。

如上可见，在本实用新型中的量子密钥分发系统中，由于接收装置在接收到 发送装置发送的量子态之后，并不是对所接收到的量子态直接进行强测量，而 是先随机选择预设的两组弱测量基中的一组弱测量基对所接收的量子态进行弱 测量，得到第一测量结果，然后再使用预先确定的一组第一类测量基对进行弱 测量后的量子态进行测量，得到第二测量结果，并将第一测量结果和所选择的 弱测量基的信息发送给发送装置；发送装置根据接收到的第一测量结果和弱测 量基的信息进行参数估计，并当误码率大于预设阈值时，将所发送的各个量子 态的第一类测量基的信息(即基矢信息)发送给接收装置；然后，发送装置和 接收装置分别丢弃不属于预先确定的第一类测量基的量子态所对应的数据，得 到初始密钥，并根据第一测量结果对初始密钥进行纠错，得到纠错后的密钥， 再根据第一测量结果对纠错后的密钥进行隐私放大，得到最终的安全密钥，因 此使得接收装置所有探测到的量子态均可参与参数估计，避免了大量探测数据 因收发双方基矢不匹配而丢弃，使得攻击者可以将攻击引入的错误聚集在这部 分数据中而不被发现的问题，从而可以免疫强光致盲等针对接收装置的攻击， 同时保证原始成码率。

附图说明

图1为本实用新型的一个具体实施例中的量子密钥分发系统的结构示意 图。

图2为本实用新型的一个具体实施例中的第一探测器和第二探测器的结 构示意图。

图3为本实用新型的一个具体实施例中的弱测量器的结构示意图。

图4为本实用新型的另一个具体实施例中的弱测量器的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体 实施例，对本实用新型作进一步详细的说明。

根据现有技术中的BB84协议的原理可知，现有技术中的量子密钥分发 系统之所以丢弃基矢不匹配的数据是因为BB84协议中所采用的测量方式是 强测量。该强测量的特点在于：在对量子态进行测量时，如果测量时所选择 的基矢与待测量子态所编码的基矢不匹配，则该测量操作将导致被测量的量 子态的坍塌。这样一来，坍塌后的量子态将会丢失初始态的大部分信息，甚 至丢失所有信息。因此，被测量后的量子态将无法再进行后续的量子信息处 理和信息提取。

例如，在典型的BB84量子密钥分发协议中，假设测量时所选择的基矢 Z＝{|0>，|1>}，而待测量子态被编码为当使用基矢Z来测量 该量子态时，该被测量子态将以1/2的概率坍塌到|0>或者|1>。由于测量时所 选择的基矢与待测量子态所编码的基矢不匹配，因此该部分的测量数据将会 被直接丢弃，同时该被测量之后的量子态也将因为失去了原始量子态的编码 信息而遭到丢弃，无法再用于后续的量子信息处理和信息提取。

针对这一问题，本实用新型的技术方案中在量子密钥分发系统中引入弱 测量。弱测量的特点是，即便是在测量基矢与量子信息的编码基矢不匹配的 情况下，该弱测量也仅会对待测量子态产生微小的扰动。因此，所有的探测 到的量子态均可以参与参数估计，使得系统可以免疫强光致盲等攻击。

图1为本实用新型的一个具体实施例中的量子密钥分发系统的结构示意 图。如图1所示，本实用新型实施例中的量子密钥分发系统包括：发送装置 11和接收装置12；

所述发送装置11和接收装置12通过传输信道13连接；

所述接收装置12包括：第一探测器121、第二探测器122和第二控制器 123；

所述发送装置11的输出端与所述第一探测器121连接；

所述第一探测器121的输出端与第二探测器122连接；所述第二探测器 122的输出端与第二控制器123连接；所述第二控制器123的同步信号端与 所述发送装置11的同步信号端连接；

所述发送装置11，用于从预设的四种量子态中随机选择一种量子态发送 给所述接收装置的第一探测器121；还用于根据接收到的第一测量结果和弱 测量基的信息进行参数估计，得到误码率；当误码率不大于预设阈值时，将 所发送的各个量子态的第一类测量基的信息发送给所述接收装置的第二控制 器123；丢弃不属于预先确定的第一类测量基的量子态所对应的数据，得到 初始密钥；根据第一测量结果对初始密钥进行纠错，得到纠错后的密钥；根 据第一测量结果对纠错后的密钥进行隐私放大，得到安全密钥；

其中，所述预设的四种量子态属于两组不同的第一类测量基；

所述第一探测器121，用于随机选择预设的两组弱测量基中的一组弱测 量基对所接收的量子态进行弱测量调制，将弱测量调制后的量子态发送给第 二探测器123；

所述第二探测器123，用于从弱测量调制后的量子态中测量得到第一测 量结果(例如，当量子态编码在光信号中的光子的偏振态上时，第二探测器 可以对接收到的光信号中的光子的到达时间进行测量，得到该光子的到达时 间，并将该到达时间作为弱测量的第一测量结果)和第一探测器121所选择 的弱测量基的信息，并使用预先确定的第一类测量基对弱测量调制后的量子 态进行测量，得到第二测量结果，并将第一测量结果、第一探测器所选择的 弱测量基的信息和第二测量结果发送给所述第二控制器123；

所述第二控制器123，用于将第一测量结果和所选择的弱测量基的信息 发送给发送装置11；丢弃不属于预先确定的第一类测量基的量子态所对应的 数据，得到初始密钥；根据第一测量结果对初始密钥进行纠错，得到纠错后 的密钥；根据第一测量结果对纠错后的密钥进行隐私放大，得到安全密钥。

通过上述的量子密钥分发系统，发送装置11即可向接收装置12传输量 子密钥，完成量子密钥的分发。

较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述传输信道13为光纤或自由 空间。

另外，在本实用新型的技术方案中，可以有多种方式来实现上述的第一 探测器和第二探测器。以下将以其中的一种具体实现方式为例，对本实用新 型的技术方案进行介绍。

具体实施例一、

图2为本实用新型的一个具体实施例中的第一探测器和第二探测器的结 构示意图。如图2所示，本实施例中的第一探测器121可以包括：光开关211、 第一弱测量器212和第二弱测量器213；所述第二探测器122包括：第一强 测量器221和第二强测量器222；

所述光开关211的输出端分别与第一弱测量器212和第二弱测量器213 输入端连接；所述第一弱测量器212和第二弱测量器213输出端分别与第一 强测量器221和第二强测量器222的输入端连接；所述第一强测量器221和 第二强测量器222的输出端分别与所述第二控制器123的输入端连接。

另外，在本实用新型的技术方案中，所述光开关211，用于将所接收到 的量子态随机发送给第一弱测量器212或第二弱测量器213；

所述第一弱测量器212，用于分别使用预设的一组弱测量基对所接收的 量子态进行弱测量调制，并将弱测量调制后的量子态发送给所述第一强测量 器221；

所述第二弱测量器213，用于分别使用预设的另一组弱测量基对所接收 的量子态进行弱测量调制，并将弱测量调制后的量子态发送给所述第二强测 量器222；

所述第一强测量器221和第二强测量器222，均用于从弱测量调制后的 量子态中测量得到第一测量结果和第一探测器所选择的弱测量基的信息，并 使用预先确定的第一类测量基对弱测量调制后的量子态进行测量，得到第二 测量结果，并将第一测量结果、第一探测器所选择的弱测量基的信息和第二 测量结果发送给所述第二控制器123。

另外，在本实用新型的技术方案中，上述第一强测量器和第二强测量器 可以具有相似或相同的结构，而且所使用的第一类测量基是相同的。上述第 一强测量器和第二强测量器可以使用现有技术中常用的用于测量量子态的测 量器，因此在此不再赘述。

另外，在本实用新型的技术方案中，上述第一弱测量器和第二弱测量器 可以具有相似或相同的结构，只是所使用的弱测量基不同。因此，在本实用 新型的技术方案中，也可以有多种方式来实现上述的第一弱测量器和第二弱 测量器。以下将以其中的两种具体实现方式为例，对本实用新型的技术方案 进行介绍。

另外，较佳的，在本实用新型的一个具体实施例中，所述光开关211可 以是偏振分束器，也可以是其他的可以将所接收到的量子态随机发送给第一 弱测量器或第二弱测量器的装置。

具体实施例二、

图3为本实用新型的一个具体实施例中的弱测量器的结构示意图。如图 3所示，本实施例中的弱测量器可以包括：第一半波片311、第二半波片316、 第一偏振分束器312、第二偏振分束器313、第一反射镜314和第二反射镜 315；

所述第一半波片311用于将入射的光信号中的光子的偏振度向预设的第 一方向偏转预设的第一角度，并将偏转后的光信号输出至第一偏振分束器 312；

所述第一偏振分束器312的第一输出端与第一反射镜314连接，第二输 出端与第二偏振分束器313的第一输入端连接；所述第一偏振分束器312用 于将所接收的光信号根据偏振方向分成两束光信号分别通过两个不同的光路 输出至第一反射镜314和第二偏振分束器313的第一输入端；

所述第一反射镜314将接收到的光信号反射到第二反射镜315；

所述第二反射镜315将接收到的光信号反射到第二偏振分束器313的第 二输入端；

所述第二偏振分束器313，用于将通过两个光路接收到的光信号合束后 输出至第二半波片316；

所述第二半波片316，用于将入射光信号中的光子的偏振度向所述第一 方向的反方向偏转预设的第一角度，并将偏转后的光信号输出至后续的第二 探测器122。

通过上述的弱测量器，即可对量子态进行弱测量调制，即对光信号中的 光子的偏振度进行偏转；当上述偏转后的光信号输出至后续的第二探测器 122时，该第二探测器122即可探测接收到的光信号中的光子的到达时间， 并得到相应的探测结果，即第一测量结果。

另外，在本实用新型的技术方案中，所述第一弱测量器和第二弱测量器 均可以具有上述的结构，只是所使用的弱测量基不同(例如，所述第一半波 片和第二半波片的偏转角度有所不同)。

另外，图4为本实用新型的另一个具体实施例中的弱测量器的结构示意 图。如图4所示，本实施例中的弱测量器与图3所示的弱测量器的结构基本 相同，不同之处在于：在第一反射镜314和第二反射镜315之间设置一个石 英晶体317；所述第一反射镜314将接收到的光信号反射到所述石英晶体317， 并穿过所述石英晶体317到达第二反射镜315。

通过调节该石英晶体(例如，调节该石英晶体的温度等参数来调节该石 英晶体的折射率)的折射率，可以对第一光路和第二光路之间的光程差ΔL 进行微调，进而可以对有效相互作用强度λ的大小进行微调(粗调可以通过 调整两个反射镜之间的距离来进行)，从而可以对本实用新型的中的弱测量 的测量强度进行更为有效的调节。

另外，在本实用新型的技术方案中，可以通过如下的方法来使用上述的 量子密钥分发系统：

步骤51，发送装置从预设的四种量子态中随机选择一种量子态发送给接 收装置。

其中，上述预设的四种量子态可以属于两组不同的第一类测量基(可称 为强测量基，以区别于后续的“弱测量基”)。

例如，较佳的，在本实用新型的具体实施例中，可以先选择两组不同的 第一类测量基。所述两组不同的第一类测量基可以是上述的直测量基(Z基) 和斜测量基(X基)。然后，可从上述Z基和X基的四种量子态|0>、|1>、|+>、 |->中，随机选择一种量子态发送给接收装置。

步骤52，接收装置随机选择预设的两组弱测量基中的一组弱测量基对所 接收的量子态进行弱测量，得到第一测量结果R1。

例如，较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述预设的两组弱测量 基可以包括第一弱测量基和第二弱测量基；其中，第一弱测量基为 {a|0>+b|1>,b^*|0>-a^*|1>}，第二弱测量基为{c|0>-d|1>,d^*|0>+c^*|1>}；其中， a、b、c和d为复数且满足|a|²+|b|²＝|c|²+|d|²＝1。

另外，较佳的，在本实用新型的一个具体实施例中，所述a＝c＝0.924， b＝d＝0.383。当然，在本实用新型的其它具体实施例中，a、b、c和d也可以 取其它合适的值。

在本实用新型的技术方案中，接收装置可以是上述图1所示的接收装置， 因此，该接收装置可以随机使用预设的两组弱测量基中的一组弱测量基对所 接收的量子态进行弱测量，得到第一测量结果R1。

另外，较佳的，在本实用新型的具体实施例中，可以重复执行多次上述 的弱测量，以得到多个弱测量的测量结果。

步骤53，接收装置使用预先确定的一组第一类测量基对进行弱测量后的 量子态进行测量，得到第二测量结果R2。

在本实用新型的技术方案中，可以预先确定一组第一类测量基；然后， 在本步骤中，接收装置将始终使用该预先确定好的一组第一类测量基对进行 弱测量后的量子态进行测量，得到第二测量结果R2。

例如，当步骤51中所使用的两组不同的第一类测量基分别为直测量基和 斜测量基时，上述预先确定好的一组测量基可以是直测量基(Z基)，即在 本步骤中，接收装置将始终使用该直测量基对进行弱测量后的量子态进行测 量，得到第二测量结果R2。

当然，在本实用新型的另一个较佳的具体实施例中，上述预先确定好的 一组测量基可以是斜测量基(X基)，接收装置将始终使用该斜测量基对进 行弱测量后的量子态进行测量，得到第二测量结果R2。

步骤54，接收装置将第一测量结果和所选择的弱测量基的信息(即基矢 信息)发送给发送装置。

步骤55，发送装置根据接收到的第一测量结果和弱测量基的信息进行参 数估计，得到误码率；如果误码率大于预设阈值则终止整个流程；否则，执 行步骤56。

在本实用新型中，可以使用常用的参数估计方法得到上述的误码率，在 此不再赘述。

但是，需要指出的是，在本实用新型中，与现有技术的不同之处在于， 发送装置是根据第一测量结果和弱测量基的信息来进行参数估计的，在进行 参数估计之前接收装置并未丢弃量子态，因此所有被接收装置探测到的量子 态都参与了上述的参数估计，因此得到的结果更为准确，从而可以免疫强光 致盲攻击等针对接收装置的攻击。

在进行参数估计得到上述误码率之后，即可判断该误码率是否大于预设 阈值。如果该误码率大于预设阈值，则说明误码太多，必须放弃所得到的密 钥信息，因此将终止整个流程。如果该误码率大于预设阈值，则说明误码率 在可接受的范围内，从而可以继续执行后续的步骤56。

步骤56，发送装置将所发送的各个量子态的第一类测量基的信息(即基 矢信息)发送给接收装置。

步骤57，发送装置和接收装置分别丢弃不属于预先确定的第一类测量基 的量子态所对应的数据，得到初始密钥。

例如，当在步骤53中预先确定的一组测量基是直测量基(Z基)时，发 送装置和接收装置可以分别丢弃量子态|+>和|->所对应的数据，得到初始密 钥。

例如，当在步骤53中预先确定的一组测量基是斜测量基(X基)时，发 送装置和接收装置可以分别丢弃量子态|0>和|1>所对应的数据，得到初始密 钥。

步骤58，发送装置和接收装置根据第一测量结果对初始密钥进行纠错， 得到纠错后的密钥。

在本实用新型的技术方案中，可以使用常用的纠错方法对所接收到的原 始密钥信息进行纠错，从而得到纠错后的密钥信息，因此，具体的纠错方法 在此不再赘述。

但是，需要指出的是，在本实用新型中，与现有技术的不同之处在于， 发送装置和接收装置都是根据第一测量结果来对初始密钥进行纠错，而并不 是像现有技术中的那样，使用第二测量结果来进行纠错。

步骤59，发送装置和接收装置根据第一测量结果对纠错后的密钥进行隐 私放大，得到最终的安全密钥。

在本实用新型的技术方案中，可以使用常用的隐私放大方法对纠错后的 密钥信息进行隐私放大，从而得到最终的密钥，因此，具体的隐私放大方法 在此不再赘述。

但是，需要指出的是，在本实用新型中，与现有技术的不同之处在于， 发送装置和接收装置都是根据第一测量结果来对纠错后的密钥进行隐私放 大，而并不是像现有技术中的那样，使用第二测量结果来进行隐私放大。

通过上述的步骤51～59，发送装置和接收装置之间即可完成量子密钥的 分发。

综上所述，在本实用新型的技术方案中，由于接收装置在接收到发送装 置发送的量子态之后，并不是对所接收到的量子态直接进行强测量，而是先 随机选择预设的两组弱测量基中的一组弱测量基对所接收的量子态进行弱测 量，得到第一测量结果，然后再使用预先确定的一组第一类测量基对进行弱 测量后的量子态进行测量，得到第二测量结果，并将第一测量结果和所选择 的弱测量基的信息发送给发送装置；发送装置根据接收到的第一测量结果和 弱测量基的信息进行参数估计，并当误码率大于预设阈值时，将所发送的各个量子态的第一类测量基的信息(即基矢信息)发送给接收装置；然后，发 送装置和接收装置分别丢弃不属于预先确定的第一类测量基的量子态所对应 的数据，得到初始密钥，并根据第一测量结果对初始密钥进行纠错，得到纠 错后的密钥，再根据第一测量结果对纠错后的密钥进行隐私放大，得到最终 的安全密钥，因此使得接收装置所有探测到的量子态均可参与参数估计，避 免了大量探测数据因收发双方基矢不匹配而丢弃，使得攻击者可以将攻击引 入的错误聚集在这部分数据中而不被发现的问题，从而可以免疫强光致盲等 针对接收装置的攻击，同时保证原始成码率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型， 凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本实用新型保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种量子密钥分发系统，其特征在于，该系统包括：发送装置和接收装置；

所述发送装置和接收装置通过传输信道连接；

所述接收装置包括：第一探测器、第二探测器和第二控制器；

所述发送装置的输出端与所述第一探测器连接；

所述第一探测器的输出端与第二探测器连接；所述第二探测器的输出端与第二控制器连接；所述第二控制器的同步信号端与所述发送装置的同步信号端连接；

所述发送装置，用于从预设的四种量子态中随机选择一种量子态发送给所述接收装置的第一探测器；还用于根据接收到的第一测量结果和弱测量基的信息进行参数估计，得到误码率；当误码率不大于预设阈值时，将所发送的各个量子态的第一类测量基的信息发送给所述接收装置的第二控制器；丢弃不属于预先确定的第一类测量基的量子态所对应的数据，得到初始密钥；根据第一测量结果对初始密钥进行纠错，得到纠错后的密钥；根据第一测量结果对纠错后的密钥进行隐私放大，得到安全密钥；

其中，所述预设的四种量子态属于两组不同的第一类测量基；

所述第一探测器，用于随机选择预设的两组弱测量基中的一组弱测量基对所接收的量子态进行弱测量调制，将弱测量调制后的量子态发送给第二探测器；

所述第二探测器，用于从弱测量调制后的量子态中测量得到第一测量结果和第一探测器所选择的弱测量基的信息，并使用预先确定的第一类测量基对弱测量调制后的量子态进行测量，得到第二测量结果，并将第一测量结果、第一探测器所选择的弱测量基的信息和第二测量结果发送给所述第二控制器；

所述第二控制器，用于将第一测量结果和所选择的弱测量基的信息发送给发送装置；丢弃不属于预先确定的第一类测量基的量子态所对应的数据，得到初始密钥；根据第一测量结果对初始密钥进行纠错，得到纠错后的密钥；根据第一测量结果对纠错后的密钥进行隐私放大，得到安全密钥。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述第一探测器包括：光开关、第一弱测量器和第二弱测量器；

所述第二探测器包括：第一强测量器和第二强测量器；

所述光开关的输出端分别与第一弱测量器和第二弱测量器输入端连接；所述第一弱测量器和第二弱测量器输出端分别与第一强测量器和第二强测量器的输入端连接；所述第一强测量器和第二强测量器的输出端分别与所述第二控制器的输入端连接；

所述光开关，用于将所接收到的量子态随机发送给第一弱测量器或第二弱测量器；

所述第一弱测量器，用于分别使用预设的一组弱测量基对所接收的量子态进行弱测量调制，并将弱测量调制后的量子态发送给所述第一强测量器；

所述第二弱测量器，用于分别使用预设的另一组弱测量基对所接收的量子态进行弱测量调制，并将弱测量调制后的量子态发送给所述第二强测量器；

所述第一强测量器和第二强测量器，均用于从弱测量调制后的量子态中测量得到第一测量结果和第一探测器所选择的弱测量基的信息，并使用预先确定的第一类测量基对弱测量调制后的量子态进行测量，得到第二测量结果，并将第一测量结果、第一探测器所选择的弱测量基的信息和第二测量结果发送给所述第二控制器。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：

所述光开关为偏振分束器。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，弱测量器包括：第一半波片、第二半波片、第一偏振分束器、第二偏振分束器、第一反射镜和第二反射镜；

所述第一半波片用于将入射的光信号中的光子的偏振度向预设的第一方向偏转预设的第一角度，并将偏转后的光信号输出至第一偏振分束器；

所述第一偏振分束器的第一输出端与第一反射镜连接，第二输出端与第二偏振分束器的第一输入端连接；所述第一偏振分束器用于将所接收的光信号根据偏振方向分成两束光信号分别通过两个不同的光路输出至第一反射镜和第二偏振分束器的第一输入端；

所述第一反射镜将接收到的光信号反射到第二反射镜；

所述第二反射镜将接收到的光信号反射到第二偏振分束器的第二输入端；

所述第二偏振分束器，用于将通过两个光路接收到的光信号合束后输出至第二半波片；

所述第二半波片，用于将入射光信号中的光子的偏振度向所述第一方向的反方向偏转预设的第一角度，并将偏转后的光信号输出至后续的第二探测器。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：

在第一反射镜和第二反射镜之间设置一个石英晶体；

所述第一反射镜将接收到的光信号反射到所述石英晶体，并穿过所述石英晶体到达第二反射镜。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述传输信道为光纤或自由空间。