CN209964071U - 一种量子密钥分发装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种量子密钥分发装置，其涉及量子通信设备技术领域，所述量子密钥分发装置，包括随机数生成模块、密钥分发模块、主光源、从光源以及量子密钥编码模块；所述随机数生成模块的输出端与所述密钥分发模块的输入端电学连接，所述密钥分发模块的输出端与所述从光源的输入端电学连接，所述从光源的输出端与所述量子密钥编码模块的输入端光学连接；所述主光源的输出端分别与所述随机数生成模块以及所述量子密钥编码模块光学连接。本申请能够将量子密钥分发装置小型化与集成化并能够降低其成本。
Description
技术领域
本申请涉及量子通信设备技术领域，具体涉及量子密钥分发装置。
背景技术
量子密钥分发，是利用量子力学特性来保证通信的安全性，它使通信的双方能够产生并分享一个随机的、安全的密钥，来加密和解密消息。量子密钥的产生又是通过随机数的产生加以算法换算得出，这也就使得随机数的重要性变得非常关键，而量子随机数作为“真随机数”一直被认为是该领域的核心所在。
在量子密钥分发设备中需要用到随机数生成装置与量子密钥编码装置，其中，随机数生成装置用作产生“真随机数”，量子密钥编码装置用作实现高速的量子密钥分发。现有的上述两套装置是相互独立的装置，各自独立工作，体积大且成本高，也就是说，目前有必要对其作进一步的改进，实现量子密钥分发设备的小型化、集成化、以及低成本。
实用新型内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型实施例所要解决的技术问题是提供了一种量子密钥分发装置，该量子密钥分发装置成本低、体积小、便于集成。
本实用新型实施例的具体技术方案是：
一种量子密钥分发装置，包括随机数生成模块、密钥分发模块、主光源、从光源以及量子密钥编码模块；所述随机数生成模块的输出端与所述密钥分发模块的输入端电学连接，所述密钥分发模块的输出端与所述从光源的输入端电学连接，所述从光源的输出端与所述量子密钥编码模块的输入端光学连接；所述主光源的输出端分别与所述随机数生成模块以及所述量子密钥编码模块光学连接。
优选地，所述主光源的输入端与所述密钥分发模块的输出端电学连接。
优选地，所述随机数生成模块与所述密钥分发模块共用同一个处理器，所述处理器为FPGA、ARM、DSP、单片机、GPU或CPU等具有数据采集及数据处理功能的处理器中的一种。
优选地，所述随机数生成模块包括依次串接的第二干涉仪、光电探测器、运算放大器、模/数转换器和处理模块。
优选地，所述处理模块与所述密钥分发模块共用同一个处理器，所述处理器为FPGA、ARM、DSP、单片机、GPU或CPU等具有数据采集及数据处理功能的处理器中的一种。
优选地，所述处理模块与所述密钥分发模块分别设置有独立的处理器，所述处理器为FPGA、ARM、DSP、单片机、GPU或CPU等具有数据采集及数据处理功能的处理器中的一种。
优选地，所述第二干涉仪的输入端与所述主光源的输出端光学连接，所述第二干涉仪的输出端与所述光电探测器的输入端光学连接，所述光电探测器、所述运算放大器、所述模/数转换器以及所述处理模块依次串联通过电学连接，所述处理模块的输出端与所述密钥分发模块的输入端电学连接。
优选地，所述从光源分为第一从光源和第二从光源。
优选地，所述量子密钥编码模块包括第一干涉仪、第一环形器、第二环形器、光合束器以及强度调节器。
优选地，所述第一干涉仪的输入端与所述主光源光学连接，所述第一干涉仪的第一输出端口与所述第一环形器的第一端口光学连接，所述第一干涉仪的第二输出端口与所述第二环形器的第一端口光学连接，所述第一环形器的第二端口通过光学连接所述第一从光源，所述第一环形器的第三端口通过光学连接所述光合束器的一个输入端，所述第二环形器的第二端口通过光学连接所述第二从光源，所述第二环形器的第三端口通过光学连接所述光合束器的另一输入端，所述光合束器的输出端与所述强度调节器的输入端光学连接。
由以上方案可知，本申请提供一种量子密钥分发装置，其中主光源的输出端分别与随机数生成模块以及量子密钥编码模块光学连接，即随机数生成模块与量子密钥编码模块共用一个主光源，实现了量子密钥分发装置的一体化，相比现有的相互独立的装置，减少了一个光源，降低了成本，缩减了设备的体积。此外，本申请提供的量子密钥分发装置中随机数生成模块与密钥分发模块可以共用同一个处理器，进一步降低设备成本、缩小了设备的体积、便于设备的集成化。本方案提供的随机数生成模块由第二干涉仪、光电探测器、运算放大器、模/数转换器和处理模块依次串接组成，此类随机数生成模块基本由电路元件组成，体积小便于集成化；本方案提供的量子密钥编码模块由第一干涉仪、第一环形器、第二环形器、光合束器以及强度调节器组成，能够利用时间相位编码简单高速的实现量子密钥的分发。
参照后文的说明和附图，详细公开了本实用新型的特定实施方式，指明了本实用新型的原理可以被采用的方式。应该理解，本实用新型的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本实用新型的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新型的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本实用新型。
图1为本申请一个实施方式提供的含有非受控主光源的量子密钥分发装置示意图；
图2为本申请一个实施方式提供的含有受控主光源的量子密钥分发装置示意图；
图3为本申请一个实施方式提供的含有受控主光源且具有详细构造的量子密钥分发装置示意图；
图4为本申请一个实施方式提供的含有非受控主光源且具有详细构造的量子密钥分发装置示意图。
具体实施方式
结合附图和本实用新型具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本实用新型的细节。但是，在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本申请提供一种量子密钥分发装置，参照图1所示，图1为本申请一个实施方式提供的含有非受控主光源的量子密钥分发装置示意图，量子密钥分发装置包括：随机数生成模块、密钥分发模块、主光源、从光源、以及量子密钥编码模块。随机数生成模块用作产生“真随机数”，其输出端与密钥分发模块的输入端电学连接；密钥分发模块用作控制从光源的发光情况，其输出端与从光源的输入端电学连接；从光源根据密钥分发模块的控制产生光脉冲，量子密钥编码模块用作实现高速的量子密钥编码及分发，所述从光源的输出端与量子密钥编码模块的输入端光学连接；主光源用作产生周期性的光脉冲，其输出端分别与随机数生成模块以及量子密钥编码模块光学连接；上述光学连接的具体方式可以通过光纤连接或者其他光路连接实现，上述电学连接的具体方式可以通过电路连接线、电路板排线或者无线电路连接的方式实现，具体光学连接与电学连接的方式本申请在此并不作具体的限定。
在上述实施方式中，随机数生成模块与上述密钥分发模块可以共用同一个处理器，也可以分别设置有独立的处理器。随机数生成模块与密钥分发模块共用同一个处理器时，能够将随机数生成模块与密钥分发模块集成到一起，降低设备的成本、缩小设备的体积。随机数生成模块与密钥分发模块分别设置有独立的处理器时，处理器的处理性能相对较高，且两个模块各自独立，便于设备的维护。上述随机数生成模块和/或密钥分发模块的处理器为FPGA、ARM、DSP、单片机、GPU或CPU等具有数据采集及数据处理功能的处理器中的一种。
在上述实施方式中，参照图4所示，图4为本申请一个实施方式提供的含有非受控主光源且具有详细构造的量子密钥分发装置示意图，随机数生成模块包括依次串接的第二干涉仪、光电探测器、运算放大器、模/数转换器和处理模块。第二干涉仪的输入端与主光源的输出端光学连接，第二干涉仪的输出端与光电探测器的输入端光学连接，光电探测器、运算放大器、模/数转换器以及处理模块依次串联通过电学连接，处理模块的输出端与密钥分发模块的输入端电学连接。主光源发出的光信号经过第二干涉仪改变了光信号的状态，例如光信号的相位、幅值等，经过光电探测器将上述光信号转换为模拟电信号，再经过运算放大器放大而后经过模/数转换器将上述模拟电信号转换为数字电信号，最后经过处理模块得到随机数。上述随机数生成模块基本由电路元件组成，体积小便于集成化。上述随机数生成模块中的处理模块与密钥分发模块可以共用同一个处理器，也可以分别设置有独立的处理器；上述处理模块和/或密钥分发模块的处理器为FPGA、ARM、DSP、单片机、GPU或CPU等具有数据采集及数据处理功能的处理器中的一种。
在上述实施方式中，参照图4所示，图4为本申请一个实施方式提供的含有非受控主光源且具有详细构造的量子密钥分发装置示意图，从光源分为第一从光源和第二从光源；量子密钥编码模块包括第一干涉仪、第一环形器、第二环形器、光合束器以及强度调节器。第一干涉仪的输入端与主光源光学连接，第一干涉仪的第一输出端口与第一环形器的第一端口光学连接，第一干涉仪的第二输出端口与第二环形器的第一端口光学连接，第一环形器的第二端口通过光学连接第一从光源，第一环形器的第三端口通过光学连接光合束器的一个输入端，第二环形器的第二端口通过光学连接第二从光源，第二环形器的第三端口通过光学连接光合束器的另一输入端，光合束器的输出端与强度调节器的输入端光学连接。所述第一干涉仪将所述主光源发出的主光脉冲在时间上分成两个相同的主光脉冲，分别注入锁定到所述第一从光源和第二从光源产生从光脉冲；在注入主光脉冲时，给所述第一从光源和第二从光源触发不同强度的电压，使所述第一从光源和第二从光源发射不同强度的从光脉冲，并输入到光合束器，所述光合束器对接收到不同强度的从光脉冲进行调节编码，得到量子信号光，所述量子信号光经过强度调节器变成诱骗态量子信号光并发射出去。上述量子密钥编码模块利用时间相位编码简单高速的实现了量子密钥的分发。
通过以上方案，得到一种新型的量子密钥分发装置，其中，随机数生成模块与量子密钥编码模块共用一个主光源，实现了量子密钥分发装置的一体化，相比现有的相互独立的装置，减少了一个光源，降低了成本，缩减了设备的体积。此外，上述量子密钥分发装置中随机数生成模块与密钥分发模块可以共用同一个处理器，进一步降低设备成本、缩小了设备的体积、便于设备的集成化。
在一种可行的实施方式中，参照图2所示，图2为本申请一个实施方式提供的含有受控主光源的量子密钥分发装置示意图，量子密钥分发装置包括：随机数生成模块、密钥分发模块、主光源、从光源、以及量子密钥编码模块。随机数生成模块用作产生“真随机数”，其输出端与密钥分发模块的输入端电学连接；密钥分发模块用作控制主光源与从光源的发光情况，其输出端分别与主光源和从光源的输入端电学连接；从光源根据密钥分发模块的控制产生光脉冲，量子密钥编码模块用作实现高速的量子密钥编码及分发，从光源的输出端与量子密钥编码模块的输入端光学连接；主光源根据密钥分发模块的控制产生周期性的光脉冲，其输出端分别与随机数生成模块以及量子密钥编码模块光学连接。通过以上方案，得到一种新型的量子密钥分发装置，其中，主光源为受控光源，密钥分发模块控制主光源发出一种固定频率的光脉冲，该光脉冲被传递给随机数生成模块以及量子密钥编码模块。
在上述实施方式中，随机数生成模块与上述密钥分发模块可以共用同一个处理器，也可以分别设置有独立的处理器。随机数生成模块与密钥分发模块共用同一个处理器时，能够将随机数生成模块与密钥分发模块集成到一起，降低设备的成本、缩小设备的体积。随机数生成模块与密钥分发模块分别设置有独立的处理器时，处理器的处理性能相对较高，且两个模块各自独立，便于设备的维护。上述随机数生成模块和/或密钥分发模块的处理器为FPGA、ARM、DSP、单片机、GPU或CPU等具有数据采集及数据处理功能的处理器中的一种。
在上述实施方式中，参照图3所示，图3为本申请一个实施方式提供的含有受控主光源且具有详细构造的量子密钥分发装置示意图，随机数生成模块包括依次串接的第二干涉仪、光电探测器、运算放大器、模/数转换器和处理模块。第二干涉仪的输入端与主光源的输出端光学连接，第二干涉仪的输出端与光电探测器的输入端光学连接，光电探测器、运算放大器、模/数转换器以及处理模块依次串联通过电学连接，处理模块的输出端与密钥分发模块的输入端电学连接。主光源发出的光信号经过第二干涉仪改变了光信号的状态，例如光信号的相位、幅值等，经过光电探测器将上述光信号转换为模拟电信号，再经过运算放大器放大而后经过模/数转换器将上述模拟电信号转换为数字电信号，最后经过处理模块得到随机数。上述随机数生成模块基本由电路元件组成，体积小便于集成化。上述随机数生成模块中的处理模块与密钥分发模块可以共用同一个处理器，也可以分别设置有独立的处理器；上述处理模块和/或密钥分发模块的处理器为FPGA、ARM、DSP、单片机、GPU或CPU等具有数据采集及数据处理功能的处理器中的一种。
在上述实施方式中，参照图3所示，图3为本申请一个实施方式提供的含有受控主光源且具有详细构造的量子密钥分发装置示意图，从光源分为第一从光源和第二从光源；量子密钥编码模块包括第一干涉仪、第一环形器、第二环形器、光合束器以及强度调节器。第一干涉仪的输入端与主光源光学连接，第一干涉仪的第一输出端口与第一环形器的第一端口光学连接，第一干涉仪的第二输出端口与第二环形器的第一端口光学连接，第一环形器的第二端口通过光学连接第一从光源，第一环形器的第三端口通过光学连接光合束器的一个输入端，第二环形器的第二端口通过光学连接第二从光源，第二环形器的第三端口通过光学连接光合束器的另一输入端，光合束器的输出端与强度调节器的输入端光学连接。所述第一干涉仪将所述主光源发出的主光脉冲在时间上分成两个相同的主光脉冲，分别注入锁定到所述第一从光源和第二从光源产生从光脉冲；在注入主光脉冲时，给所述第一从光源和第二从光源触发不同强度的电压，使所述第一从光源和第二从光源发射不同强度的从光脉冲，并输入到光合束器，所述光合束器对接收到不同强度的从光脉冲进行调节编码，得到量子信号光，所述量子信号光经过强度调节器变成诱骗态量子信号光并发射出去。上述量子密钥编码模块利用时间相位编码简单高速的实现了量子密钥的分发。
通过以上方案，得到一种新型的量子密钥分发装置，其中，随机数生成模块与量子密钥发送端共用一个主光源，主光源为受控光源，密钥分发模块控制主光源发出一种固定频率的光脉冲。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种量子密钥分发装置，其特征在于，包括随机数生成模块、密钥分发模块、主光源、从光源以及量子密钥编码模块；
所述随机数生成模块的输出端与所述密钥分发模块的输入端电学连接，所述密钥分发模块的输出端与所述从光源的输入端电学连接，所述从光源的输出端与所述量子密钥编码模块的输入端光学连接；
所述主光源的输出端分别与所述随机数生成模块以及所述量子密钥编码模块光学连接。
2.根据权利要求1所述的量子密钥分发装置，其特征在于，所述主光源的输入端与所述密钥分发模块的输出端电学连接。
3.根据权利要求1所述的量子密钥分发装置，其特征在于，所述随机数生成模块与所述密钥分发模块共用同一个处理器，所述处理器为FPGA、ARM、DSP、单片机、GPU或CPU等具有数据采集及数据处理功能的处理器中的一种。
4.根据权利要求1所述的量子密钥分发装置，其特征在于，所述随机数生成模块包括依次串接的第二干涉仪、光电探测器、运算放大器、模/数转换器和处理模块。
5.根据权利要求4所述的量子密钥分发装置，其特征在于，所述处理模块与所述密钥分发模块共用同一个处理器，所述处理器为FPGA、ARM、DSP、单片机、GPU或CPU等具有数据采集及数据处理功能的处理器中的一种。
6.根据权利要求4所述的量子密钥分发装置，其特征在于，所述处理模块与所述密钥分发模块分别设置有独立的处理器，所述处理器为FPGA、ARM、DSP、单片机、GPU或CPU等具有数据采集及数据处理功能的处理器中的一种。
7.根据权利要求4所述的量子密钥分发装置，其特征在于，所述第二干涉仪的输入端与所述主光源的输出端光学连接，所述第二干涉仪的输出端与所述光电探测器的输入端光学连接，所述光电探测器、所述运算放大器、所述模/数转换器以及所述处理模块依次串联通过电学连接，所述处理模块的输出端与所述密钥分发模块的输入端电学连接。
8.根据权利要求1所述的量子密钥分发装置，其特征在于，所述从光源分为第一从光源和第二从光源。
9.根据权利要求8所述的量子密钥分发装置，其特征在于，所述量子密钥编码模块包括第一干涉仪、第一环形器、第二环形器、光合束器以及强度调节器。
10.根据权利要求9所述的量子密钥分发装置，其特征在于，所述第一干涉仪的输入端与所述主光源光学连接，所述第一干涉仪的第一输出端口与所述第一环形器的第一端口光学连接，所述第一干涉仪的第二输出端口与所述第二环形器的第一端口光学连接，所述第一环形器的第二端口通过光学连接所述第一从光源，所述第一环形器的第三端口通过光学连接所述光合束器的一个输入端，所述第二环形器的第二端口通过光学连接所述第二从光源，所述第二环形器的第三端口通过光学连接所述光合束器的另一输入端，所述光合束器的输出端与所述强度调节器的输入端光学连接。
Priority Applications (1)
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| CN201921305001.1U CN209964071U (zh) | 2019-08-12 | 2019-08-12 | 一种量子密钥分发装置 |
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| CN (1) | CN209964071U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113326544A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-08-31 | 安徽问天量子科技股份有限公司 | 基于量子随机数的密码卡装置及加解密方法 |
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2019
- 2019-08-12 CN CN201921305001.1U patent/CN209964071U/zh active Active
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|---|---|---|---|---|
| CN113326544A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-08-31 | 安徽问天量子科技股份有限公司 | 基于量子随机数的密码卡装置及加解密方法 |
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