DE102021131006A1 - Apparatus and method for free space quantum key distribution - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugsystem mit einem Fahrzeug und Vorrichtungsteilen (401, 601). Mindestens ein erster Vorrichtungsteil ist dabei Teil des Fahrzeugs. Das Fahrzeugsystem umfasst ein QKD-System (401, 601, 452, 428). Zumindest der erste Vorrichtungsteil tauscht mit einem weiteren zweiten Vorrichtungsteil des Fahrzeugsystems einen Schlüssel zur Verschlüsselung von Daten mittels des QKD-Systems (401, 601, 452, 428) aus. Der erste Vorrichtungsteil tauscht dann mit dem zweiten Vorrichtungsteil zumindest zweitweise mittels dieses Schlüssels verschlüsselte Daten aus. Bevorzugt ist der zweite Vorrichtungsteil ein Autoschlüssel oder ebenfalls ein Teil des Fahrzeugs oder eine Infrastruktureinrichtung oder ein anderes Fahrzeug.The invention relates to a vehicle system with a vehicle and device parts (401, 601). At least a first device part is part of the vehicle. The vehicle system includes a QKD system (401, 601, 452, 428). At least the first part of the device exchanges a key for encrypting data using the QKD system (401, 601, 452, 428) with another second part of the device of the vehicle system. The first part of the device then exchanges data encrypted by means of this key with the second part of the device, at least in part. The second device part is preferably a car key or also a part of the vehicle or an infrastructure facility or another vehicle.
Description
Die Erfindung betrifft eine Einzelphotonensendevorrichtung zur Ermöglichung einer sicheren Authentifizierung umfassend eine Mehrzahl von Einzelphotonenquellen, eine Steuervorrichtung, welche dazu eingerichtet ist jeweils eine der Einzelphotonenquellen separat anzusteuern, und eine optische Teilvorrichtung, welche dazu eingerichtet ist Einzelphotonenströme von der wenigstens einen Einzelphotonenquelle emittierte Photonen zu einem QKD-Kopplungsstrahl, bestehend aus einem gemeinsamen Strom von Einzelphotonen, zusammen zu führen.The invention relates to a single photon transmission device for enabling secure authentication comprising a plurality of single photon sources, a control device which is set up to control one of the single photon sources separately, and an optical sub-device which is set up to transmit single photon streams of photons emitted by the at least one single photon source to a QKD -To bring the coupling beam together, consisting of a common stream of single photons.
Weiter betrifft die Erfindung eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung zum Empfangen eines von einer Einzelphotonensendevorrichtung gesendeten QKD-Kopplungsstrahls.The invention further relates to a single-photon receiving device for receiving a QKD coupled beam transmitted by a single-photon transmitting device.
Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines gemeinsamen Quantenschlüssels für eine Einzelphotonensendevorrichtung und einer Einzelphotonenempfangsvorrichtung.The invention further relates to a method for generating a common quantum key for a single-photon transmission device and a single-photon reception device.
Weiter betrifft die Erfindung einen Integrierter QKD-Schaltkreis.The invention further relates to an integrated QKD circuit.
Weiter betrifft die Erfindung einen Autoschlüssel umfassend eine Einzelphotonensendevorrichtung und/oder eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung.The invention further relates to a car key comprising a single-photon transmission device and/or a single-photon reception device.
Weiter betrifft die Erfindung ein Auto umfassend eine Einzelphotonensendevorrichtung und/oder eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung.The invention further relates to a car comprising a single-photon transmission device and/or a single-photon reception device.
Weiter betrifft die Erfindung eine Verwendung einer Einzelphotonensendevorrichtung und/oder einer Einzelphotonenempfangsvorrichtung für einen Datenaustausch.The invention further relates to the use of a single-photon transmission device and/or a single-photon reception device for data exchange.
Weiter betrifft die Erfindung eine SPAD-Diode für ein Sensorelement eines Einzelphotonendetektors für eine Einzelphotonensendevorrichtung und/oder für eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung.The invention further relates to a SPAD diode for a sensor element of a single photon detector for a single photon transmission device and/or for a single photon reception device.
Die allgemeinen Grundsätze der Quantenkryptographie wurden erstmals von Bennett und Brassard in ihrem Artikel „Quantum Cryptography: Public key distribution and coin tossing“ in „Proceedings of the International Conference on Computers, Systems and Signal Processing“, Bangalore, Indien, 1984, S. 175-179 (IEEE, New York, 1984) veröffentlicht. The general principles of quantum cryptography were first introduced by Bennett and Brassard in their article "Quantum Cryptography: Public key distribution and coin tossing" in "Proceedings of the International Conference on Computers, Systems and Signal Processing", Bangalore, India, 1984, p. 175 -179 (IEEE, New York, 1984).
Das allgemeine Verfahren zur Durchführung der Quantenschlüsselverteilung wird in dem Buch von Bouwmeester et al. „The Physics of Quantum Information“, Springer-Verlag 2001, in Abschnitt 2.3, Seiten 27-33 beschrieben.
Die Verschlüsselungsgeräte ermöglichen eine sichere Übertragung von Nutzdaten, indem sie eine Art symmetrischer Verschlüsselung unter Verwendung der durch Quantenschlüsselverteilung ausgetauschten Schlüssel durchführen. Spezifische Quantenschlüsselverteilungssysteme sind beispielsweise in der
The encryption devices enable secure transmission of payload data by performing a type of symmetric encryption using the keys exchanged through quantum key distribution. Specific quantum key distribution systems are for example in the
Quantenkryptographie oder Quantenschlüsselverteilung, im Folgenden auch QKD genannt, ist eine Methode, die die Verteilung eines geheimen Schlüssels zwischen zwei entfernten Parteien, einem Sender namens „Alice“ und einem Empfänger namens „Bob“, mit nachweislich absoluter Sicherheit ermöglicht. Die Verteilung von Quantenschlüsseln beruht auf den Grundsätzen der Quantenphysik und der Verschlüsselung von Informationen in Quantenzuständen oder Qubits, im Gegensatz zur klassischen Kommunikation, bei der Bits verwendet werden. Normalerweise werden für diese Quantenzustände Photonen verwendet. Die Quantenschlüsselverteilung macht sich bestimmte Eigenschaften dieser Quantenzustände zunutze, um ihre Sicherheit zu gewährleisten.
QKD ist ein Protokoll, das den Austausch von geheimen Schlüsseln in einem aktiven Szenario ermöglicht. In einem QKD-Protokoll wird der Kommunikationskanal zwischen den beiden Nutzern als Quantenkanal bezeichnet. Ein Quantenkanal ist ein Kommunikationskanal, der Quantenpartikel, typischerweise Photonen, so überträgt, dass ihre Quanteneigenschaften erhalten bleiben. Es gibt zwei Gruppen von Parametern, die für die Quantencodierung verwendet werden. Der eine Parameter ist die Polarisation der Photonen und der andere Parameter ist die Phase, die einen Einsatz von Interferometern erfordert. Beide haben ihre Vor- und Nachteile, abhängig von der physikalischen Schicht des Quantenkanals und der Art des QKD-Protokolls.Quantum cryptography or quantum key distribution, hereinafter also referred to as QKD, is a method that enables the distribution of a secret key between two remote parties, a sender named "Alice" and a receiver named "Bob", with proven absolute security. The distribution of quantum keys is based on the principles of quantum physics and the encryption of information in quantum states or qubits, as opposed to classical communication, which uses bits. Normally, photons are used for these quantum states. Quantum key distribution takes advantage of certain properties of these quantum states to ensure their security.
QKD is a protocol that allows the exchange of secret keys in an active scenario. In a QKD protocol, the communication channel between the two users is called a quantum channel. A quantum channel is a communication channel that transmits quantum particles, typically photons, in a way that preserves their quantum properties. There are two groups of parameters used for quantum encoding. One parameter is the polarization of the photons and the other parameter is the phase, which requires the use of interferometers. Both have their advantages and disadvantages depending on the physical layer of the quantum channel and the type of QKD protocol.
Im Gegensatz zur klassischen Kryptographie, deren Sicherheit von einer Rechenkomplexität abhängt, beruht die Sicherheit der Quantenkryptographie auf zahlreichen quantenmechanischen Prinzipien, darunter das quantenmechanische Prinzip, dass jede Messung eines Quantensystems in einem unbekannten Zustand den Zustand dieses Quantensystems verändert.
Die Sicherheit dieser Methode ergibt sich insbesondere aus der Tatsache, dass die Messung des Quantenzustands eines unbekannten Quantensystems das System selbst verändert. Mit anderen Worten: Ein als „Eve“ bezeichneter Spion, der einen Quantenkommunikationskanal abhört, kann keine Informationen über den Schlüssel erhalten, ohne Fehler in den zwischen dem Sender und dem Empfänger ausgetauschten Schlüssel einzubringen. Versucht ein Spion „Eve“ die ausgetauschten Qubits abzufangen oder anderweitig zu messen, treten also Fehler ein, die seine Anwesenheit verraten. Auf diese Weise wird der Benutzer über einen Abhörversuch informiert.In contrast to classical cryptography, whose security depends on a computational complexity, the security of quantum cryptography is based on numerous quantum mechanical principles, including the quantum mechanical principle that every measurement of a quantum system in an unknown state changes the state of this quantum system.
The security of this method arises in particular from the fact that measuring the quantum state of an unknown quantum system changes the system itself. In other words, a spy dubbed "Eve" eavesdropping on a quantum communications channel cannot obtain information about the key without introducing errors into the key exchanged between the sender and receiver. If a spy "Eve" tries to intercept or otherwise measure the exchanged qubits, errors occur that reveal his presence. In this way, the user is informed of an attempted eavesdropping.
Die Grundidee von QKD besteht darin, dass der Spion, auch Lauscher genannt, das Signal abfangen und auf jede mit der Quantenmechanik kompatible Weise verarbeiten kann. Nichtsdestotrotz können die rechtmäßigen Nutzer, bekannt als Alice und Bob, einen sicheren Schlüssel austauschen.The basic idea of QKD is that the spy, also known as the eavesdropper, can intercept the signal and process it in any way compatible with quantum mechanics. Nonetheless, the legitimate users, known as Alice and Bob, are able to exchange a secure key.
Eine typische Implementierung einer kryptografischen Anwendung auf der Grundlage von QKD besteht in einer kryptografischen Anwendung, die zwischen zwei entfernten Standorten läuft. Diese Implementierung umfasst mindestens ein Paar von Quantum Key Distribution-Geräten und ein Paar von kryptografischen Anwendungsgeräten, die die über QKD ausgetauschten geheimen Schlüssel verwenden.
Ein Gerät jedes Paares ist an einem ersten Standort installiert, während sich das andere Gerät an dem anderen zweiten Standort befindet.
Die QKD-Geräte sind über einen Quantenkommunikationskanal und einen ersten bidirektionalen klassischen Kommunikationskanal, auch Dienstkanal genannt, verbunden. Dabei wird der Quantenkommunikationskanal durch eine erste optische Faser realisiert und der Dienstkanal durch eine, von der ersten optischen Faser getrennte, zweite optische Faser realisiert.
Die kryptografischen Anwendungsgeräte sind über einen zweiten bidirektionalen klassischen Kommunikationskanal, auch Datenkanal genannt, verbunden.
Eine Abhörerkennung erfolgt auf dem Quantenkommunikationskanal (Quantenkanal), und nicht auf dem Dienstkanal oder auf dem parallel zum Quantenkommunikationskanal verlaufenden Datenkanal.A typical implementation of a cryptographic application based on QKD consists of a cryptographic application running between two remote sites. This implementation includes at least a pair of Quantum Key Distribution devices and a pair of cryptographic application devices using the secret keys exchanged over QKD.
One device of each pair is installed at a first location while the other device is at the other second location.
The QKD devices are connected via a quantum communication channel and a first bidirectional classic communication channel, also called the service channel. In this case, the quantum communication channel is realized by a first optical fiber and the service channel is realized by a second optical fiber that is separate from the first optical fiber.
The cryptographic application devices are connected via a second bidirectional classic communication channel, also known as a data channel.
Eavesdropping detection occurs on the quantum communication channel (quantum channel), and not on the service channel or on the data channel running parallel to the quantum communication channel.
Für die Quanten- und Dienstkanäle in Quantenschlüsselverteilungssystemen sind mehrere Implementierungsoptionen möglich.
Die gebräuchlichste ist die Verwendung von getrennten physikalischen Medien zur Übertragung dieser Kommunikationskanäle. Several implementation options are possible for the quantum and service channels in quantum key distribution systems.
The most common is the use of separate physical media to carry these communication channels.
Im Allgemeinen besteht das physikalische Medium, das für die Übertragung optischer Kommunikationskanäle verwendet wird, aus optischen Fasern. Es sind jedoch auch andere Medien möglich, wie z. B. die Ausbreitung im freien Raum.
Im Falle von Kommunikationskanälen, die über getrennte optische Fasern übertragen werden, wird die optische Faser, die für den Quantenkanal bestimmt ist, als Dark Fiber bezeichnet. Der bidirektionale Dienstkanal wird ebenfalls über zwei getrennte optische Fasern übertragen. Jede Faser überträgt eine Richtung des Kommunikationskanals. Bei dieser Option gibt es keine Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Kanälen, da sie über ein physikalisch getrenntes Medium übertragen werden.In general, the physical medium used for the transmission of optical communication channels consists of optical fibers. However, other media are also possible, e.g. B. the propagation in free space.
In the case of communication channels transmitted over separate optical fibers, the optical fiber dedicated to the quantum channel is called dark fiber. The bi-directional service channel is also transmitted over two separate optical fibers. Each fiber carries one direction of the communication channel. With this option, there is no interaction between the different channels as they are transmitted over a physically separate medium.
Für einen korrekt funktionierenden Kommunikationskanal ist es wichtig, dass ein Signal-Rausch-Verhältnis des empfangenen logischen Signals groß genug ist.
Eine der Auswirkungen von Lichtwellenleitern sowohl auf Quanten- als auch auf klassische optische logische Signale ist die Dämpfung dieser Signale während ihrer Ausbreitung. Das bedeutet, dass der Signalpegel abnimmt, wenn sich das Signal in einem Lichtwellenleiter ausbreitet. Andererseits ist das Rauschen sowohl in Quanten- als auch in klassischen Kanälen hauptsächlich auf das Rauschen des Erkennungssystems zurückzuführen. Der Rauschpegel ist also unabhängig von der Ausbreitungsdistanz im Lichtwellenleiter. Daher sinkt das Signal-Rausch-Verhältnis beider Kommunikationskanaltypen, wenn die Ausbreitungsdistanz des Signals zunimmt. Dieser Effekt führt zu einer maximalen Ausbreitungsdistanz (oder einem maximalen Verlustwert), über die ein Kanal funktionieren kann.
Bei den klassischen Kommunikationskanälen ist der Parameter, mit dem bestimmt wird, ob der Kanal ein ausreichend gutes Signal-Rausch-Verhältnis hat, die optische Intensität des Signals, das den Empfänger erreicht. Liegt der Wert dieses Parameters in einem vom Hersteller vorgegebenen Bereich, funktioniert der Kanal korrekt.
Im Falle von Quantenkommunikationskanälen wird der Parameter, der verwendet wird, um festzustellen, ob der Kanal ein ausreichend gutes Signal-Rausch-Verhältnis hat, als Quantenbitfehlerrate (QBER) bezeichnet. Dieser Parameter ist sozusagen der Kehrwert des Signal-Rausch-Verhältnisses. Der QBER-Wert wird von QKD-Systemen gemessen. Wenn der QBER-Wert über einem vordefinierten Schwellenwert liegt, kann das QKD-System keine geheimen Schlüssel aus dem Qubit-Austausch erzeugen. Je höher der QBER-Wert ist, desto größer ist die Fehlerrate im Verhältnis zur Signalrate. Ein Anstieg der Fehlerrate kann entweder auf eine Abnahme des Quantensignals oder auf eine Änderung einiger QKD-Systemparameter oder auf einen Abhörversuch zurückzuführen sein. Eine Änderung von QKD-Systemparameter kann beispielsweise durch eine Temperaturschwankung, die die Ausrichtung des optischen Systems verändert, oder eine Änderung des Eigenrauschens der Einzelphotonendetektoren im QKD-Empfänger herrühren.For a correctly functioning communication channel it is important that a signal-to-noise ratio of the received logical signal is high enough.
One of the effects of optical fibers on both quantum and classical optical logic signals is the attenuation of these signals during their propagation. This means that as the signal propagates down a fiber optic cable, the signal level decreases. On the other hand, the noise in both quantum and classical channels is mainly due to the noise of the detection system. The noise level is therefore independent of the propagation distance in the optical waveguide. Therefore, the signal-to-noise ratio of both types of communication channels decreases as the propagation distance of the signal increases. This effect results in a maximum propagation distance (or maximum loss value) over which a channel can function.
With the classic communication channels, the parameter used to determine whether the channel has a sufficiently good signal-to-noise ratio is the optical intensity of the signal that reaches the receiver. If the value of this parameter is within a range specified by the manufacturer, the channel is functioning correctly.
In the case of quantum communication channels, the parameter used to determine whether the channel has a sufficiently good signal-to-noise ratio is called the quantum bit error rate (QBER). This parameter is, so to speak, the reciprocal of the signal-to-noise ratio. The QBER value is measured by QKD systems. If the QBER value is above a predefined threshold, the QKD system cannot generate secret keys from the qubit exchange. The higher the QBER value, the greater the error rate relative to the signaling rate. An increase in the error rate can either be due to a decrease in the quantum signal, or a change in some QKD system parameters, or an attempted eavesdropping. A change A change in QKD system parameters can be caused by, for example, a temperature change that changes the orientation of the optical system, or a change in the inherent noise of the single photon detectors in the QKD receiver.
Das bekannteste Protokoll für QKD ist das BB84-Protokoll, das auf vier verschiedenen Quantenzuständen basiert und in Bennett & Brassard, 1984, erläutert wird.
Weitere bekannte Protokolle sind beispielsweise:
- • E91, basierend auf Verschränkung;
- • B92 auf der Grundlage von nur zwei Quantenzuständen, die jedoch einen interferometrischen Nachweis erfordern; und
- • COW, welches eine Variante des Phasenparameters verwendet und die Erkennungszeit zur Kodierung nutzt.
Other well-known protocols include:
- • E91, based on entanglement;
- • B92 based on only two quantum states, but requiring interferometric detection; and
- • COW, which uses a variant of the phase parameter and uses the detection time for encoding.
Typischerweise wird in Implementierungen von QKD für die Quantencodierung ein Phasenparameter oder ein verwandter Zeitparameter für das COW-Protokoll verwendet. Der Grund dafür ist, dass die Polarisation in einer optischen Faser nicht erhalten bleibt und Polarisationsverfahren komplizierte und teure Komponenten erfordern.
Andererseits ist die interferometrische Detektion in Singlemode-Glasfasern einfacher zu realisierten, weshalb Singlemode-Glasfasern ein bevorzugtes Medium sind.Typically in implementations of QKD for quantum coding, a phase parameter or a related time parameter for the COW protocol is used. This is because polarization is not preserved in an optical fiber and polarization processes require complicated and expensive components.
On the other hand, interferometric detection is easier to implement in single-mode optical fibers, which is why single-mode optical fibers are a preferred medium.
Um die Reichweite zu erhöhen, besteht eine Lösung darin sich auf eine optische Freiraumkommunikation (FSO) QKD zu stützen, bei der der Quantenkanal im freien Raum verläuft, der nicht die gleichen Verlustbeschränkungen aufweist wie Glasfasern.To increase the range, one solution is to rely on free-space optical communication (FSO) QKD, where the quantum channel runs in free space, which does not have the same loss limitations as fiber optics.
Eine weitere Möglichkeit stellt eine optische Freiraumkommunikation (FSO) QKD dar, bei der der Quantenkanal im freien Raum verläuft.Another possibility is optical free space communication (FSO) QKD, in which the quantum channel runs in free space.
Beispiele für QKD-Implementierungen im freien Weltraum finden sich in R. Bedington et al. „Progress in satellite quantum key distribution“, https://arxiv.org/abs/1707.03613v2 , oder in J-P Bourgoin et al. „A comprehensive design and performance analysis of LEO satellite quantum communication“, https://arxiv.org/abs/1211.2733.For examples of free space QKD implementations, see R. Bedington et al. "Progress in satellite quantum key distribution", https://arxiv.org/abs/1707.03613v2 , or in J-P Bourgoin et al. "A comprehensive design and performance analysis of LEO satellite quantum communication", https://arxiv.org/abs/1211.2733.
Die optische Freiraumkommunikation (FSO) ist eine optische Kommunikationstechnologie, die Licht, das sich im freien Raum ausbreitet, zur drahtlosen Datenübertragung für Telekommunikation oder Computernetzwerke nutzt.
Unter „freien Raum“ wird hierbei Luft, Vakuum oder etwas Ähnliches verstanden, also ein Medium in dem sich Licht in einer geraden Linie ausbreiten kann.Free space optical communication (FSO) is an optical communication technology that uses light propagating in free space to transmit data wirelessly for telecommunications or computer networks.
"Free space" is understood to mean air, vacuum or something similar, i.e. a medium in which light can propagate in a straight line.
Dies steht im Gegensatz zu einer geführten Optik, wie z. B. in optischen Fasern, oder allgemeiner optischen Wellenleitern, wobei das Licht durch den Wellenleiter geführt und gelenkt wird.This is in contrast to guided optics such as e.g. B. in optical fibers, or more generally optical waveguides, wherein the light is guided and directed through the waveguide.
Wie jede andere Art der Kommunikation erfordert die optische Freiraumkommunikation Sicherheit, um Abhören zu verhindern. Die gängigsten Lösungen zur Realisierung eines Austauschs geheimer Informationen über FSO zwischen einem Sender und einem Empfänger basieren auf einem Austausch von geheimen Schlüsseln über FSO-Kanäle. Nach dem Austausch von geheimen Schlüsseln werden diese Schlüssel verwendet, um Nachrichten auf sichere Weise auszutauschen, beispielsweise durch Verschlüsselung der Nachrichten.Like any other type of communication, free-space optical communication requires security to prevent eavesdropping. The most common solutions for realizing an exchange of secret information over FSO between a sender and a receiver are based on an exchange of secret keys over FSO channels. After exchanging secret keys, these keys are used to exchange messages in a secure way, for example by encrypting the messages.
Eine FSO QKD stellt jedoch eine Herausforderung dar, da aufgrund atmosphärischer Verzerrungen die Wellenfront einer Welle während der Ausbreitung verzerrt wird, was zu einer schlechten Interferenz am Empfänger führt. Dies kann durch einen Einsatz von Spiegeln mit adaptiver Optik verbessert werden, hat jedoch den Nachteil, dass die Komplexität und die Kosten eines entsprechenden Systems erheblich sind.
Im freien Raum bleibt die Polarisation von Licht erhalten, was polarisationsbasierte Systeme attraktiver macht.
Ein Problem der Übertragung von QKD-Photonen im Freiraum ist jedoch ein Hintergrundrauschen, welches aufgrund von Streulicht entsteht.However, FSO QKD presents a challenge because due to atmospheric distortions, the wavefront of a wave is distorted during propagation, resulting in poor interference at the receiver. This can be improved by using mirrors with adaptive optics, but has the disadvantage that the complexity and costs of a corresponding system are considerable.
In free space, light is polarized, making polarization-based systems more attractive.
However, a problem with the transmission of QKD photons in free space is background noise, which arises due to scattered light.
Bewegt sich ein Empfänger gegenüber dem Sender, bzw. andersherum, ändert sich die Polarisation der Photonen während der Bewegung des sich bewegenden Senders/Empfängers, beispielsweise eines Autoschlüssels mit QKD-System, was polarisationskompensierende Komponenten erfordert.If a receiver moves relative to the transmitter or vice versa, the polarization of the photons changes during the movement of the moving transmitter/receiver, for example a car key with a QKD system, which requires polarization-compensating components.
Aufgabe ist daher eine Vorrichtung bereitzustellen, welche eine sichere Verschlüsselung zwischen einem Sender und einem Empfänger ermöglicht, wobei sich der Sender relativ zu dem Empfänger bewegen kann bzw. der Empfänger relativ zu dem Sender bewegen kann.The object is therefore to provide a device that enables secure encryption between a transmitter and a receiver, with the transmitter being able to move relative to the receiver or the receiver being able to move relative to the transmitter.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Vorrichtung, sowie ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch vorgeschlagen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung, sowie den Figuren zu entnehmen.To solve the problem, a device and a method according to the independent claim are proposed.
Further advantageous configurations of the invention can be found in the dependent claims, the description and the figures.
Die vorgeschlagene Lösung sieht eine Einzelphotonensendevorrichtung, sowie eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung vor, welche mittels einem von der Einzelphotonensendevorrichtung gesendeten und von der Einzelphotonenempfangsvorrichtung empfangenen QKD-Kopplungsstrahl einen Schlüssel für eine sichere Kommunikation austauschen können.The proposed solution provides a single-photon transmission device and a single-photon reception device, which are coupled by means of a QKD coupling beam transmitted by the single-photon transmission device and received by the single-photon reception device can exchange a key for secure communication.
Die erfindungsgemäße Einzelphotonensendevorrichtung zur Ermöglichung einer sicheren Authentifizierung umfasst eine Mehrzahl von Einzelphotonenquellen, eine Steuervorrichtung, welche dazu eingerichtet ist jeweils eine der Einzelphotonenquellen separat anzusteuern, und eine optische Teilvorrichtung, welche dazu eingerichtet ist Einzelphotonenströme von der wenigstens einen Einzelphotonenquelle emittierte Photonen zu einem QKD-Kopplungsstrahl, bestehend aus einem gemeinsamen Strom von Einzelphotonen, zusammen zu führen.
Insbesondere umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung eine Ansteuerungsvorrichtung für die Einzelphotonenquellen, welche Einzelphotonenquellen jeweils ein Leuchtmittel und eine Stromquelle umfassen, wobei das Leuchtmittel polarisierte Einzelphotonen oder Einzelphotonen unterschiedlicher Polarisation abstrahlt, welche mittels Polarisationsfilter oder polarisierender optischer Funktionsmittel in einem nachfolgenden Strahlengang polarisiert werden.
Insbesondere umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens einen Datenbus. Insbesondere umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens einen Mikrocontrollerkern, welcher dazu eingerichtet ist die Ansteuerungsvorrichtung über den internen Datenbus zu steuern. Insbesondere umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens eine Steuerleitung, welche die Ansteuervorrichtung mit einem einstellbaren Spannungsregler verbindet.
Insbesondere umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens eine Energieversorgung der Einzelphotonenquellen, wobei die Energieversorgung dazu eingerichtet ist eine Betriebsspannung der Einzelphotonenquellen zu regeln, insbesondere mittels eines Linearreglers zu regeln.
Insbesondere ist die Ansteuervorrichtung dazu eingerichtet mittels der Steuerleitung eine Spannung zwischen einer Versorgungspannungsleitung der Einzelphotonenquellen und einem Bezugspotenzial einzustellen.
Insbesondere ist die Stromquelle einer jeden Einzelphotonenquelle dazu eingerichtet eine Einzelphotonenrate des jeweiligen zugehörigen Leuchtmittels in Abhängigkeit von Signalisierungen einer der jeweiligen Stromquelle zugehörigen Steuerleitung, insbesondere in Abhängigkeit von durch die Ansteuervorrichtung übermittelten Steuerdaten für die Einzelphotonenquellen, einzustellen und somit eine Photonendichte einer Lichtabstrahlung der Einzelphotonenquellen.The single photon transmission device according to the invention for enabling secure authentication comprises a plurality of single photon sources, a control device which is set up to control one of the single photon sources separately, and an optical sub-device which is set up to convert single photon streams of photons emitted by the at least one single photon source into a QKD coupling beam , consisting of a common stream of single photons.
In particular, the single-photon transmission device includes a control device for the single-photon sources, which single-photon sources each include an illuminant and a power source, with the illuminant emitting polarized single photons or single photons of different polarization, which are polarized in a subsequent beam path by means of polarization filters or polarizing optical functional means.
In particular, the single photon transmission device comprises at least one data bus. In particular, the single-photon transmission device includes at least one microcontroller core, which is set up to control the control device via the internal data bus. In particular, the single-photon transmission device includes at least one control line, which connects the drive device to an adjustable voltage regulator.
In particular, the single-photon transmission device comprises at least one power supply for the single-photon sources, the power supply being set up to regulate an operating voltage of the single-photon sources, in particular to regulate it by means of a linear regulator.
In particular, the control device is set up to set a voltage between a supply voltage line of the single photon sources and a reference potential by means of the control line.
In particular, the power source of each single photon source is set up to set a single photon rate of the respective associated lamp depending on signals from a control line associated with the respective power source, in particular depending on control data for the single photon sources transmitted by the control device, and thus a photon density of a light emission from the single photon sources.
Insbesondere ist die Ansteuervorrichtung dazu eingerichtet ist einen elektrischen Strom durch die jeweilige Stromquelle der jeweiligen Einzelphotonenquelle zu steuern.
Insbesondere sind die Einzelphotonenquellen dazu eingerichtet in Abhängigkeit von der Steuerung durch die Ansteuervorrichtung die jeweiligen Einzelphotonenströme, in den QKD-Kopplungsstrahl einzuspeisen.In particular, the control device is set up to control an electric current through the respective power source of the respective single-photon source.
In particular, the single photon sources are set up to feed the respective single photon streams into the QKD coupling beam depending on the control by the control device.
In einer Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung eine Mehrzahl der Datenbusse und eine Mehrzahl der Mikrocontrollerkerne.
Insbesondere können die Mehrzahl der Mikrocontrollerkerne unabhängig voneinander gleichzeitig auf verschiedene Teilvorrichtungen der Einzelphotonensendevorrichtung zugreifen.In one configuration, the single-photon transmission device includes a plurality of the data buses and a plurality of the microcontroller cores.
In particular, the plurality of microcontroller cores can simultaneously access different sub-devices of the single-photon transmission device independently of one another.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung für eine Messung und Kalibration einer Photonenrate einen Strahlteiler oder Spiegel und einen Fotodetektor. Insbesondere ist der Strahlteiler oder Spiegel dazu eingerichtet zumindest einen Teil des QKD-Kopplungsstrahls auf dem Fotodetektor zu richten.In a further refinement, the single-photon transmission device comprises a beam splitter or mirror and a photodetector for measuring and calibrating a photon rate. In particular, the beam splitter or mirror is set up to direct at least part of the QKD coupling beam onto the photodetector.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Mikrocontrollerkern dazu eingerichtet eine Einzelphotonendichte im QKD-Kopplungsstrahl mittels des Fotodetektors zu ermitteln.In a further refinement, the microcontroller core is set up to determine a single photon density in the QKD coupled beam using the photodetector.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Mikrocontrollerkern dazu eingerichtet den Strahlteiler oder Spiegel in den QKD-Kopplungsstrahl einzufügen, insbesondere mittels eines Aktors, wobei der Mikrocontrollerkern den Aktor über den internen Datenbus steuert.In a further refinement, the microcontroller core is set up to insert the beam splitter or mirror into the QKD coupling beam, in particular by means of an actuator, with the microcontroller core controlling the actuator via the internal data bus.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Mikrocontrollerkern dazu eingerichtet jeweils eine der Einzelphotonenquellen separat zu betreiben und eine dieser Einzelphotonenquelle zugehörige Einzelphotonendichte zu erfassen.In a further refinement, the microcontroller core is set up to operate one of the individual photon sources separately and to detect an individual photon density associated with this individual photon source.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Mikrocontrollerkern dazu eingerichtet die Einzelphotonendichten der verschiedenen Einzelphotonenquellen zu kalibrieren, indem der Mikrocontrollerkern die Stromquellen der jeweiligen Einzelphotonenquellen derart nachsteuert, dass die von dem Fotodetektor erfasste Einzelphotonendichte der jeweiligen Einzelphotonenquelle innerhalb eines vorgesehenen Einzelphotonendichtebereichswertintervalls liegt, und/oder die von dem Fotodetektor erfasste Einzelphotonendichte der jeweiligen Einzelphotonenquelle sich von der Einzelphotonendichte einer anderen der Einzelphotonenquellen um nicht mehr als 10%, besser 5%, besser 2%, besser 1%, besser 0,5%, besser 0,2%, besser 0,1%, besser 0,05%, besser 0,02%, besser 0,01% unterscheidet.In a further embodiment, the microcontroller core is set up to calibrate the single photon densities of the various single photon sources in that the microcontroller core readjusts the current sources of the respective single photon sources in such a way that the single photon density of the respective single photon source detected by the photodetector is within a designated single photon density range value interval, and/or the Photodetector detected single photon density of the respective single photon source differs from the single photon density of another of the single photon sources by no more than 10%, better than 5%, better than 2%, better than 1%, better than 0.5%, better than 0.2%, better than 0.1% , better 0.05%, better 0.02%, better 0.01% differs.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Mikrocontrollerkern dazu eingerichtet nach beenden der Kalibration der Einzelphotonendichten der verschiedenen Einzelphotonenquellen den Strahlteiler oder Spiegel aus dem QKD-Kopplungsstrahl zu entfernen, insbesondere mittels eines Aktors, wobei der Mikrocontrollerkern den Aktor über den internen Datenbus steuert.In a further refinement, the microcontroller core is set up to, after the calibration of the individual photon densities of the various removing the beam splitter or mirror from the QKD coupled beam from the single-photon sources, in particular by means of an actuator, with the microcontroller core controlling the actuator via the internal data bus.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Teilvorrichtung einen kegelförmigen Spiegel, und einen Raumfilter, insbesondere umfassend eine erste Lochblende und eine zweite Lochblende. Insbesondere ist der kegelförmige Spiegel dazu eingerichtet von den Einzelphotonenquellen emittierte Einzelphotonen in eine gemeinsame Strahlrichtung zu lenken und somit zu einem gemeinsamen Strom von Einzelphotonen, dem QKD-Kopplungsstrahl, zusammen zu führen.In a further embodiment, the sub-device comprises a conical mirror and a spatial filter, in particular comprising a first pinhole and a second pinhole. In particular, the conical mirror is set up to direct individual photons emitted by the individual photon sources into a common beam direction and thus to bring them together to form a common stream of individual photons, the QKD coupling beam.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Teilvorrichtung wenigstens ein λ/4-Plättchen, welches dazu eingerichtet ist von der Mehrzahl von Einzelphotonenquellen emittierte Photonen um 45° zu drehen, wenigstens einen Strahlteiler, und eine Steuervorrichtung.
Insbesondere ist der wenigstens eine Strahlteiler dazu eingerichtet von der wenigstens einen Einzelphotonenquelle emittierte Photonen zu einem gemeinsamen Strom von Einzelphotonen, dem QKD-Kopplungsstrahl, zusammen zu führen.In a further configuration, the dividing device comprises at least one λ/4 plate, which is set up to rotate photons emitted by the plurality of single photon sources by 45°, at least one beam splitter, and a control device.
In particular, the at least one beam splitter is set up to combine photons emitted by the at least one single photon source into a common stream of single photons, the QKD coupling beam.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens einen Schreib/Lese-Speicher, wenigstens einen nicht beschreibbaren flüchtigen Speicher, und wenigstens einen Lese-Speicher.
Insbesondere ist der Mikrocontrollerkern dazu eingerichtet auf dem wenigstens einen Schreib/Lese-Speicher und/oder auf dem wenigstens einen Lese-Speicher enthaltenen Programmcode und/oder Programmdaten abzuarbeiten. Insbesondere umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung zu diesem Zweck eine Zugriffslogik.
Insbesondere ist der Mikrocontrollerkern dazu eingerichtet mittels des internen Datenbusses auf den wenigstens einen Schreib/Lese-Speicher zuzugreifen.
Insbesondere ist der Mikrocontrollerkern dazu eingerichtet mittels des internen Datenbusses auf den wenigstens einen nicht beschreibbaren flüchtigen Speicher zuzugreifen.In a further configuration, the single-photon transmission device comprises at least one read/write memory, at least one non-writable volatile memory, and at least one read-only memory.
In particular, the microcontroller core is set up to process program code and/or program data contained in the at least one read/write memory and/or in the at least one read memory. In particular, the single-photon transmission device includes access logic for this purpose.
In particular, the microcontroller core is set up to access the at least one read/write memory by means of the internal data bus.
In particular, the microcontroller core is set up to access the at least one non-writable volatile memory by means of the internal data bus.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens einen nicht flüchtigen Hersteller-Speicher, welcher beschreibbar und/oder nicht-beschreibbar ausgeführt ist. Insbesondere umfasst der nicht flüchtige Hersteller-Speicher eine Boot-Software für den Mikrocontrollerkern.In a further refinement, the single-photon transmission device comprises at least one non-volatile manufacturer memory which is writable and/or non-writable. In particular, the manufacturer's non-volatile memory includes boot software for the microcontroller core.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens einen Kryptografie-Beschleuniger.
Insbesondere ist der wenigstens eine Kryptografie-Beschleuniger über den internen Datenbus mit dem Mikrocontrollerkern verbunden.In a further refinement, the single-photon transmission device comprises at least one cryptography accelerator.
In particular, the at least one cryptography accelerator is connected to the microcontroller core via the internal data bus.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens eine Hersteller-Speicher-Firewall, welche dazu eingerichtet ist einen unautorisierten Zugriff auf den Hersteller-Speicher zu unterbinden und nur nach einer entsprechenden Authentifizierung zuzulassen. Insbesondere ist die wenigstens eine Hersteller-Speicher-Firewall zwischen dem Hersteller-Speicher und dem internen Datenbus vorgesehen.In a further refinement, the single-photon transmission device comprises at least one manufacturer memory firewall which is set up to prevent unauthorized access to the manufacturer memory and only allows it after appropriate authentication. In particular, the at least one manufacturer memory firewall is provided between the manufacturer memory and the internal data bus.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens ein CRC-Modul (Cyclic Redundancy Check), welches dazu eingerichtet ist für eine vorgegebene Menge an Daten ein CRC-Prüfdatenwort zu berechnen.In a further refinement, the single-photon transmission device comprises at least one CRC (Cyclic Redundancy Check) module, which is set up to calculate a CRC check data word for a predefined quantity of data.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens ein Taktgeneratormodul, welches dazu eingerichtet ist Systemtakte zum Betrieb einzelner Vorrichtungsteile der Einzelphotonensendevorrichtung bereitzustellen.In a further refinement, the single-photon transmission device comprises at least one clock generator module which is set up to provide system clocks for operating individual device parts of the single-photon transmission device.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens ein Zeitgeber-Modul, welches dazu eingerichtet ist zeitliche Abläufe innerhalb der Einzelphotonensendevorrichtung zu steuern.In a further refinement, the single-photon transmission device comprises at least one timer module which is set up to control time sequences within the single-photon transmission device.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens eine Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltung, welche dazu eingerichtet ist eine Integrität der Einzelphotonensendevorrichtung zu überwachen und ggf. Gegenmaßnahmen bei einem Angriff zu initiieren.
Insbesondere ist die wenigstens eine Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltung dazu eingerichtet einen Angriff zu detektieren und ggf. die Einzelphotonensendevorrichtung für einen Zugriff auf Speicherinhalte der Speicher für einen vorzugsweise vorbestimmten Zeitraum zu sperren und/oder Inhalte der Speicher ganz oder teilweise zu löschen, und/oder Inhalte der Speicher auf vordefinierte Werte zu setzen, und/oder mit unsinnigen Daten zu überschreiben, und/oder auf andere Art zu manipulieren.In a further refinement, the single photon transmission device comprises at least one security monitoring and control circuit which is set up to monitor the integrity of the single photon transmission device and, if necessary, to initiate countermeasures in the event of an attack.
In particular, the at least one security monitoring and control circuit is set up to detect an attack and, if necessary, to block the single-photon transmission device from accessing memory contents of the memory for a preferably predetermined period of time and/or to delete contents of the memory in whole or in part, and/or To set the contents of the memory to predefined values and/or to overwrite them with nonsensical data and/or to manipulate them in any other way.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens einen quantenprozessbasierenden Generator, welcher dazu eingerichtet ist echte Zufallszahlen zu generieren.In a further refinement, the single-photon transmission device comprises at least one quantum-process-based generator which is set up to generate genuine random numbers.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die wenigstens eine Datenschnittstelle.In a further refinement, the at least one data interface comprises.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens ein Basistakterzeuger, welcher dazu eingerichtet ist dem wenigstens einen Taktgeneratormodul jeweils einen Basistakt bereitzustellen.In a further refinement, the single-photon transmission device comprises at least one base clock generator which is set up to provide the at least one clock generator module with a base clock in each case.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens eine Rücksetzschaltung, welche dazu eingerichtet ist die Einzelphotonensendevorrichtung und/oder Teilvorrichtungen der Einzelphotonensendevorrichtung in einen vordefinierten Zustand zu setzen, wenn vorbestimmte oder bestimmbare Rücksetzbedingungen und/oder Kombinationen und/oder zeitliche Abfolgen solcher Rücksetzbedingungen vorliegen.In a further configuration, the single photon transmission device comprises at least one reset circuit which is set up to set the single photon transmission device and/or sub-devices of the single photon transmission device to a predefined state when predetermined or determinable reset conditions and/or combinations and/or time sequences of such reset conditions are present.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens eine Stromversorgungs- oder VCC-Schaltung mit Spannungsreglern, welche Stromversorgungs- oder VCC-Schaltung dazu eingerichtet ist eine Betriebsspannung bereitzustellen.In a further configuration, the single-photon transmission device comprises at least one power supply or VCC circuit with voltage regulators, which power supply or VCC circuit is set up to provide an operating voltage.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens eine Masseschaltung, welche dazu eingerichtet ist die Einzelphotonensendevorrichtung gegen Verpolung und Angriffe über eine Masseleitung zu schützen.In a further refinement, the single-photon transmission device comprises at least one ground circuit which is set up to protect the single-photon transmission device against polarity reversal and attacks via a ground line.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens eine Eingangs-/Ausgangsschaltung, welche dazu eingerichtet ist der Einzelphotonensendevorrichtung zu gestatten, weitere Vorrichtungen anzusteuern oder auszulesen oder auf andere Weise mit diesen zu kommunizieren.In a further refinement, the single-photon transmission device comprises at least one input/output circuit which is set up to allow the single-photon transmission device to control or read out other devices or to communicate with them in some other way.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens ein Verarbeitungsmodul, welches dazu eingerichtet ist über den internen Datenbus mit dem Mikrocontrollerkern zu kommunizieren, insbesondere umfasst das wenigstens eine Verarbeitungsmodul das wenigstens eine CRC-Modul, und/oder den wenigstens einen Kryptografie-Beschleuniger, und/oder das wenigstens eine Taktgeneratormodul, und/oder das wenigstens eine Zeitgeber-Modul, und/oder die wenigstens eine Sicherheitsüberwachungs- und -Steuerungsschaltung, und/oder den wenigstens einen quantenprozessbasierende Generator für echte Zufallszahlen, und/oder den wenigstens einen Mikrocontrollerkern, und/oder die wenigstens eine Datenschnittstelle.In a further refinement, the single-photon transmission device comprises at least one processing module which is set up to communicate with the microcontroller core via the internal data bus, in particular the at least one processing module comprises the at least one CRC module and/or the at least one cryptography accelerator and/or or the at least one clock generator module, and/or the at least one timer module, and/or the at least one security monitoring and control circuit, and/or the at least one quantum process-based true random number generator, and/or the at least one microcontroller core, and/or or the at least one data interface.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens einen Watchdog-Timer, welcher dazu eingereicht ist eine Abarbeitung verschiedener Programmteile durch den wenigstens einen Mikrocontrollerkern zu überwachen, insbesondere ist der wenigstens eine Watchdog-Timer in der wenigstens einen Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltung integriert.In a further refinement, the single-photon transmission device comprises at least one watchdog timer, which is set up to monitor the processing of various program parts by the at least one microcontroller core, in particular the at least one watchdog timer is integrated in the at least one safety monitoring and control circuit.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Einzelphotonensendevorrichtung dazu eingerichtet neben einem Authentifizierungscode weitere Daten, z. B. ein oder mehr Lebensdauer- und Benutzungsdaten, und/oder logistische Daten, und/oder kommerzielle Daten, und/oder Website- und Email-Adressen, und/oder Bilddaten, und/oder einen Satz von Anweisungen für Steuergeräte eines Auto, mit denen der Mikrokontrollerkern der Einzelphotonensendevorrichtung über die wenigstens eine Datenschnittstelle der Einzelphotonensendevorrichtung kommuniziert, und/oder weitere Anwendungsdaten zu speichern.In a further refinement, the single-photon transmission device is set up to transmit further data, e.g. one or more lifetime and usage data, and/or logistic data, and/or commercial data, and/or website and email addresses, and/or image data, and/or a set of instructions for a car's control units which the microcontroller core of the single-photon transmission device communicates via the at least one data interface of the single-photon transmission device, and/or to store further application data.
In einer weiteren Ausgestaltung sind eine oder mehrere der wenigstens einen Masseschaltung und/oder eine oder mehrere der wenigstens einen Stromversorgungs- oder VCC-Schaltung dazu eingerichtet sind derart zusammenzuwirken, dass eine Modulation eines Stromverbrauchs und/oder eines Innenwiderstands und/oder eines Spannungsabfalls zwischen Versorgungsspannungsanschlüssen der Einzelphotonensendevorrichtung keine Rückschlüsse auf einen Betriebsablauf und/oder einen Zustand der Einzelphotonensendevorrichtung zumindest zeitweise zulässt.In a further configuration, one or more of the at least one ground circuit and/or one or more of the at least one power supply or VCC circuit are configured to interact in such a way that a modulation of a current consumption and/or an internal resistance and/or a voltage drop between supply voltage terminals the single-photon transmission device does not allow any conclusions to be drawn about an operational sequence and/or a state of the single-photon transmission device, at least temporarily.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung einen Analog-DigitalWandler, welcher dazu eingerichtet ist dem Mikrocontrollerkern zu erlauben, interne analoge Werte, wie z.B. eine Betriebsspannung und externe analoge Werte zu überwachen.In a further refinement, the single-photon transmission device comprises an analog/digital converter which is set up to allow the microcontroller core to monitor internal analog values, such as an operating voltage, and external analog values.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der wenigstens eine quantenprozessbasierende Generator, insbesondere auf Anfrage des wenigstens einen Mikrocontrollerkerns, dazu eingerichtet eine oder mehrere Zufallszahlen zu erzeugen.In a further refinement, the at least one quantum process-based generator is set up to generate one or more random numbers, in particular at the request of the at least one microcontroller core.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der wenigstens eine Mikrocontrollerkern dazu eingerichtet ist mit Hilfe eines jeweiligen Programms aus einem oder mehreren ihrer Speicherelemente und mit Hilfe einer oder mehrerer der erzeugten Zufallszahlen einen oder mehrere Schlüssel zu erzeugen.In a further refinement, the at least one microcontroller core is set up to generate one or more keys with the aid of a respective program from one or more of its memory elements and with the aid of one or more of the generated random numbers.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der wenigstens eine Mikrocontrollerkern dazu eingerichtet mit Hilfe eines jeweiligen Programms des betreffenden Mikrocontrollerkerns und mit Hilfe eines jeweiligen Schlüssels der erzeugten Schlüssel Daten zu verschlüsseln und/oder zu entschlüsseln, welche Daten von dem wenigstens einen Mikrocontrollerkern typischerweise über die wenigstens eine Datenschnittstelle der Einzelphotonensendevorrichtung mit Vorrichtungen außerhalb der Einzelphotonensendevorrichtung austauscht.In a further configuration, the at least one microcontroller core is set up to encrypt and/or decrypt data with the aid of a respective program of the microcontroller core in question and with the aid of a respective key of the generated keys, which data is typically transmitted from the at least one microcontroller core via the at least one data interface the single photon transmission device exchanges with devices external to the single photon transmission device.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens eine drahtlose Datenschnittstelle für eine Kommunikation mit einem anderen Rechnersystem, insbesondere über eine jeweilige Antenne der wenigstens einen drahtlosen Datenschnittstelle. Insbesondere ist die jeweilige Antenne dazu eingerichtet ein elektromagnetisches Signal auszusenden, welches die Einzelphotonensendevorrichtung mit einer Einzelphotonenempfangsvorrichtung drahtgebunden oder drahtlos austauscht.In a further refinement, the single-photon transmission device comprises at least one wireless data interface for communication with another computer system, in particular via a respective antenna of the at least one wireless data interface. In particular, the respective antenna is set up to emit an electromagnetic signal, which the single-photon transmission device exchanges with a single-photon reception device in a wired or wireless manner.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Einzelphotonensendevorrichtung ein mobiles Gerät, insbesondere ein Mobiltelefon, oder ein Smartphone, oder ein Laptop, oder ein Tablet-PC, oder ein Schlüssel, oder ein Fahrzeugschlüssel, oder ein Sicherungsschlüssel für eine Waffe oder eine andere militärische Vorrichtung, oder einen Schlüssel zur Aktivierung und/oder Steuerung eines Flug- oder Schiffskörpers oder eines Geschosses, oder einen Zugangsschlüssel zu einem gesicherten Bereich oder zu einem Tresor oder einem Safe, oder ein Aktivierungsschlüssel für eine gesicherte mechanische Vorrichtung, oder ein Aktivierungsschlüssel für ein geschütztes Verfahren, dass beispielsweise eine gesicherte Vorrichtung ausführen soll, oder ein Aktivierungsschlüssel für eine geschützte Vorrichtung, die beispielsweise ein gesichertes Verfahren ausführen soll.In a further embodiment, the single-photon transmission device is a mobile device, in particular a mobile phone, or a smartphone, or a laptop, or a tablet PC, or a key, or a vehicle key, or a security key for a weapon or other military device, or a key for activating and/or controlling an aircraft or ship's hull or a projectile, or an access key to a secured area or to a vault or safe, or an activation key for a secured mechanical device, or an activation key for a protected process, that for example, to run a secured device, or an activation key for a protected device that is to run, for example, a secured method.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens einen biometrischen Sensor.In a further refinement, the single-photon transmission device comprises at least one biometric sensor.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens ein Mittel für eine Identifikation einer die Einzelphotonensendevorrichtung benutzende Person.In a further refinement, the single-photon transmission device comprises at least one means for identifying a person using the single-photon transmission device.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonensendevorrichtung Ausrichthilfsmittel, insbesondere eine Laser-Pointer-Diode, zum Ausrichten der Einzelphotonensendevorrichtung gegenüber einer Einzelphotonenempfangsvorrichtung auf.In a further refinement, the single-photon transmission device has alignment aids, in particular a laser pointer diode, for aligning the single-photon transmission device with respect to a single-photon reception device.
Die erfindungsgemäße Einzelphotonenempfangsvorrichtung zum Empfangen eines von einer wie oben beschriebenen erfindungsgemäßen Einzelphotonensendevorrichtung gesendeten QKD-Kopplungsstrahls umfasst ein Einzelphotonendetektorsystem, welches dazu eingerichtet ist ein polarisationsmoduliertes Einzelphotonensignal zu empfangen.
Insbesondere weist das Einzelphotonendetektorsystem wenigstens einen Einzelphotonendetektor auf.
Insbesondere ist der wenigstens eine Einzelphotonendetektor dazu eingerichtet den QKD-Kopplungsstrahl der Einzelphotonensendevorrichtung zu erfassen.
Insbesondere umfasst die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens einen Mikrocontrollerkern.
Insbesondere umfasst die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens einen internen Datenbus.The single photon receiving device according to the invention for receiving a QKD coupled beam transmitted by a single photon transmitting device according to the invention as described above comprises a single photon detector system which is set up to receive a polarization-modulated single photon signal.
In particular, the single photon detector system has at least one single photon detector.
In particular, the at least one single photon detector is set up to detect the QKD coupling beam of the single photon transmission device.
In particular, the single photon receiving device comprises at least one microcontroller core.
In particular, the single photon receiving device comprises at least one internal data bus.
In einer Ausgestaltung ist der Mikrocontrollerkern der Einzelphotonenempfangsvorrichtung dazu eingerichtet ist über den internen Datenbus der Einzelphotonenempfangsvorrichtung eine interne Datenkommunikation abzuwickeln.In one configuration, the microcontroller core of the single photon receiving device is set up to handle internal data communication via the internal data bus of the single photon receiving device.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens einen Schreib/Lese-Speicher RAM zur Speicherung und zur Bereitstellung und Nutzung von Daten und Programmbefehlen durch den Mikrocontrollerkern auf.In a further refinement, the single-photon receiving device has at least one read/write memory RAM for storing and for providing and using data and program commands by the microcontroller core.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens einen beschreibbaren nicht flüchtigen Speicher auf.In a further refinement, the single-photon receiving device has at least one writable non-volatile memory.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens einen nicht flüchtigen, reinen Lese-Speicher auf.In a further refinement, the single-photon receiving device has at least one non-volatile, read-only memory.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Mikrocontrollerkern der Einzelphotonenempfangsvorrichtung dazu eingerichtet Programmcode und Programmdaten abzuarbeiten, welcher auf dem beschreibbaren nicht flüchtigen Speicher und/oder auf dem nicht flüchtigen, reinen Lese-Speicher der Einzelphotonenempfangsvorrichtung abgelegt ist.In a further refinement, the microcontroller core of the single photon receiving device is set up to process program code and program data which is stored in the writable, non-volatile memory and/or in the non-volatile, read-only memory of the single photon receiving device.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens einen nicht flüchtigen, beschreibbaren und/oder nicht beschreibbaren Hersteller-Speicher auf.In a further refinement, the single-photon receiving device has at least one non-volatile, writable and/or non-writable manufacturer memory.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens einen Kryptografie-Beschleuniger auf.In a further refinement, the single-photon receiving device has at least one cryptography accelerator.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens eine Hersteller-Speicher-Firewall, welcher dazu eingerichtet ist einen unautorisierten Zugriff auf einen Herstellerspeicher zu unterbinden und nur nach entsprechender Authentifizierung, beispielsweise mittels eines Passworts, zuzulassen.In a further refinement, the single-photon receiving device comprises at least one manufacturer memory firewall which is set up to prevent unauthorized access to a manufacturer memory and only allows it after appropriate authentication, for example using a password.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens ein CRC-Modul (Cyclic Redundancy Check) auf.In a further refinement, the single-photon receiving device has at least one CRC (Cyclic Redundancy Check) module.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens ein Taktgeneratormodul auf.In a further configuration, the single-photon receiving device has at least one clock generator module.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens ein Zeitgeber-Modul, welches dazu eingerichtet ist zeitliche Abläufe innerhalb der Einzelphotonenempfangsvorrichtung zu steuern.In a further refinement, the single-photon receiving device comprises at least one timer module which is set up to control time sequences within the single-photon receiving device.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens eine Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltung auf, welche dazu eingerichtet ist eine Integrität der Einzelphotonenempfangsvorrichtung zu überwachen und ggf. Gegenmaßnahmen bei einem Angriff zu initiieren.In a further refinement, the single photon receiving device has at least one security monitoring and control circuit which is set up to monitor the integrity of the single photon receiving device and, if necessary, to initiate countermeasures in the event of an attack.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens einen quantenprozessbasierenden Generator für echte Zufallszahlen auf.In a further refinement, the single-photon receiving device has at least one quantum-process-based generator for true random numbers.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens eine Datenschnittstell auf, welche dazu eingerichtet ist eine Datenkommunikation mit anderen Rechnersystemen durchzuführen.In a further refinement, the single-photon receiving device has at least one data interface which is set up to carry out data communication with other computer systems.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens einen Basistakterzeuger.In a further configuration, the single-photon receiving device comprises at least one basic clock generator.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens eine Rücksetzschaltung auf.In a further refinement, the single-photon receiving device has at least one reset circuit.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens eine Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltung mit Spannungsregler.
Insbesondere ist die Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltung der Einzelphotonenempfangsvorrichtung dazu eingerichtet eine Betriebsspannung für ein Mikrocontroller-System der Einzelphotonenempfangsvorrichtung und andere Teilvorrichtungen der Einzelphotonenempfangsvorrichtung bereitzustellen.In a further refinement, the single-photon receiving device comprises at least one power supply or Vcc circuit with a voltage regulator.
In particular, the power supply or Vcc circuit of the single photon receiving device is configured to provide an operating voltage for a microcontroller system of the single photon receiving device and other sub-devices of the single photon receiving device.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltung der Einzelphotonenempfangsvorrichtung eine Ladeschaltung und eine erste Ladespule zur induktiven Kopplung an eine zweite Ladespule.In another embodiment, the power supply or Vcc circuitry of the single photon receiving device includes a charging circuit and a first charging coil for inductively coupling to a second charging coil.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens eine Masseschaltung auf, welche dazu eingerichtet ist die Vorrichtung gegen Verpolung und Angriffe über die Masseleitung zu schützen.In a further refinement, the single-photon receiving device has at least one ground circuit which is set up to protect the device against polarity reversal and attacks via the ground line.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens eine Eingangs-/Ausgangsschaltung auf, welche dazu eingerichtet ist der Einzelphotonenempfangsvorrichtung zu gestatten weitere Vorrichtungen anzusteuern oder auszulesen oder sonst wie mit diesen zu kommunizieren.In a further refinement, the single photon receiving device has at least one input/output circuit which is set up to allow the single photon receiving device to control or read out other devices or to communicate with them in some other way.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Rücksetzschaltung der Einzelphotonenempfangsvorrichtung einen Watchdog-Timer.In a further refinement, the reset circuit of the single-photon receiving device comprises a watchdog timer.
In einer weiteren Ausgestaltung sind eine oder mehrere der wenigstens einen Masseschaltung und/oder eine oder mehrere der wenigstens einen Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltung der Einzelphotonenempfangsvorrichtung dazu eingerichtet derart zusammenwirken, dass eine Modulation des Stromverbrauchs und/oder des Innenwiderstands und/oder des Spannungsabfalls zwischen Versorgungsspannungsanschlüssen der Einzelphotonenempfangsvorrichtung keine Rückschlüsse auf Betriebsabläufe und/oder Zustände der Einzelphotonenempfangsvorrichtung zumindest zeitweise zulässt.In a further configuration, one or more of the at least one ground circuit and/or one or more of the at least one power supply or Vcc circuit of the single-photon receiving device are set up to interact in such a way that a modulation of the current consumption and/or the internal resistance and/or the voltage drop between Supply voltage terminals of the single photon receiving device does not allow any conclusions to be drawn about operating processes and / or states of the single photon receiving device at least temporarily.
In einer weiteren Ausgestaltung sind ein oder mehrere des wenigstens einen Mikrocontrollerkerns der Einzelphotonenempfangsvorrichtung dazu eingerichtet mittels eines jeweiligen Programms aus einem oder mehreren ihrer Speicherelemente und mit Hilfe einer oder mehrerer erzeugter Zufallszahlen einen oder mehrere Schlüssel erzeugen.
Insbesondere ist der wenigstens eine Mikrocontrollerkern der Einzelphotonenempfangsvorrichtung dazu eingerichtet mit Hilfe eines jeweiligen Programms des betreffenden Mikrocontrollerkerns und mit Hilfe eines jeweiligen Schlüssels der erzeugten Schlüssel Daten verschlüsseln und/oder entschlüsseln, welche über eine oder mehrere Datenschnittstellen der Einzelphotonenempfangsvorrichtung mit Vorrichtungen außerhalb der Einzelphotonenempfangsvorrichtung ausgetauscht werden.In a further refinement, one or more of the at least one microcontroller core of the single-photon receiving device are set up to generate one or more keys using a respective program from one or more of its memory elements and with the aid of one or more generated random numbers.
In particular, the at least one microcontroller core of the single photon receiving device is set up to encrypt and/or decrypt data, which are exchanged via one or more data interfaces of the single photon receiving device with devices outside the single photon receiving device, with the aid of a respective program of the relevant microcontroller core and with the aid of a respective key of the generated keys.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens eine drahtlose und/oder wenigstens eine drahtgebundene Datenschnittstelle auf.
Insbesondere ist die drahtgebundene Datenschnittstelle der Einzelphotonenempfangsvorrichtung dazu eingerichtet über einen drahtgebundenen Datenkanal mittels eines elektromagnetischen Datensignals Daten zwischen der Einzelphotonenempfangsvorrichtung und der Einzelphotonensendevorrichtung auszutauschen.
Insbesondere weist die drahtlose Datenschnittstelle der Einzelphotonenempfangsvorrichtung jeweils wenigstens eine Antenne auf. In a further configuration, the single-photon receiving device has at least one wireless and/or at least one wired data interface.
In particular, the wired data interface of the single photon receiving device is set up to exchange data between the single photon receiving device and the single photon transmitting device via a wired data channel using an electromagnetic data signal.
In particular, the wireless data interface of the single-photon receiving device has at least one antenna in each case.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung eine Auswerteschaltung auf.In a further refinement, the single-photon receiving device has an evaluation circuit.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Einzelphotonendetektorsystem der Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens einen Empfangskanal für Einzelphotonen.
Optional umfasst das Einzelphotonendetektorsystem der Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens eine Empfangsoptik, welche dazu eingerichtet ist einkommende Einzelphotonen des QKD-Kopplungsstrahls der Einzelphotonensendevorrichtung auf die Einzelphotonendetektoren des Einzelphotonendetektorsystems der Einzelphotonenempfangsvorrichtung zu fokussieren. Insbesondere umfasst das Einzelphotonendetektorsystem wenigstens einen polarisierenden Strahlteiler.
Insbesondere umfasst das Einzelphotonendetektorsystem der Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens ein λ/4-Plättchen und/oder eine Polarisationsdrehvorrichtung.In a further refinement, the single photon detector system of the single photon receiving device comprises at least one receiving channel for single photons.
Optionally, the single photon detector system of the single photon receiving device includes at least one receiving optics, which is set up to focus incoming single photons of the QKD coupled beam of the single photon transmitting device onto the single photon detectors of the single photon detector system of the single photon receiving device. In particular, the single photon detector system comprises at least one polarizing beam splitter.
In particular, the single photon detector system of the single photon receiving device comprises at least one λ/4 plate and/or a polarization rotation device.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung einen Ausrichtungsempfänger für eine Ausrichtung der Einzelphotonensendevorrichtung gegenüber der Einzelphotonenempfangsvorrichtung auf.
Insbesondere ist der Ausrichtungsempfänger der Einzelphotonenempfangsvorrichtung dazu eingerichtet einen Laser-Pointer-Strahl der Einzelphotonensendevorrichtung zu erfassen.In a further configuration, the single photon receiving device has an alignment receiver for aligning the single photon transmitting device with respect to the single photon receiving device.
In particular, the alignment receiver of the single photon receiving device is set up to detect a laser pointer beam of the single photon transmitting device.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst der Ausrichtungsempfänger der Einzelphotonenempfangsvorrichtung einen Empfänger.
Insbesondere ist der Empfänger dazu eingerichtet den Laser-Pointer-Strahl zu erfassen. Insbesondere umfasst der Ausrichtungsempfänger ein optisches System.
Insbesondere umfasst der Ausrichtungsempfänger eine Schnittstelle, welche dazu eingerichtet ist Messdaten des Empfängers zu erhalten, insbesondere ist die Schnittstelle dazu eingerichtet dem Mikrocontrollerkern der Einzelphotonenempfangsvorrichtung über den internen Datenbus der Einzelphotonenempfangsvorrichtung zu signalisieren, ob der Empfänger über das optische System ausreichend Licht des Laser-Pointer-Strahls der Einzelphotonensendevorrichtung zur Ausrichtung der Einzelphotonensendevorrichtung empfängt.In a further refinement, the alignment receiver of the single photon receiving device comprises a receiver.
In particular, the receiver is set up to detect the laser pointer beam. In particular, the alignment receiver comprises an optical system.
In particular, the alignment receiver includes an interface which is set up to receive measurement data from the receiver, in particular the interface is set up to signal the microcontroller core of the single photon receiving device via the internal data bus of the single photon receiving device whether the receiver has sufficient light from the laser pointer via the optical system Beam of the single photon transmission device for aligning the single photon transmission device receives.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Mikrocontrollerkern der Einzelphotonenempfangsvorrichtung dazu eingerichtet entsprechend einer Signalisierung der Schnittstelle der Einzelphotonenempfangsvorrichtung eine Erzeugung eines gemeinsamen Quantenschlüssels für die Einzelphotonensendevorrichtung und die Einzelphotonenempfangsvorrichtung zu starten.In a further configuration, the microcontroller core of the single photon receiving device is set up to start generation of a common quantum key for the single photon transmitting device and the single photon receiving device in accordance with a signaling of the interface of the single photon receiving device.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung eines gemeinsamen Quantenschlüssels für eine Einzelphotonensendevorrichtung, wie oben beschrieben, und einer Einzelphotonenempfangsvorrichtung, wie oben beschrieben, startet ein Mikrocontrollerkern der Einzelphotonenempfangsvorrichtung entsprechend einer Signalisierung einer Schnittstelle der Einzelphotonenempfangsvorrichtung die Erzeugung des gemeinsamen Quantenschlüssels für die Einzelphotonensendevorrichtung und die Einzelphotonenempfangsvorrichtung, indem der Mikrocontrollerkern der der Einzelphotonenempfangsvorrichtung einem Mikrocontrollerkern der Einzelphotonensendevorrichtung signalisiert, dass eine Vereinbarung eines Quantenschlüssels starten kann.
Insbesondere veranlasst der Mikrocontrollerkern der Einzelphotonensendevorrichtung die Einzelphotonensendevorrichtung einen polarisationsmodulierten Strom von Einzelphotonen als QKD-Kopplungsstrahl zu erzeugen, insbesondere unter Nutzung einer Zufallszahl seines quantenprozessbasierenden Generators für echte Zufallszahlen der Einzelphotonensendevorrichtung. Insbesondere empfängt die Einzelphotonenempfangsvorrichtung den von der Einzelphotonensendevorrichtung erzeugten polarisationsmodulierten Einzelphotonendatenstrom des QKD-Kopplungsstrahls.According to the method according to the invention for generating a common quantum key for a single photon transmission device, as described above, and a single photon reception device, as described above, a microcontroller core of the single photon reception device starts the generation of the common quantum key for the single photon transmission device and the single photon reception device in accordance with a signaling of an interface of the single photon reception device by the microcontroller core of the single photon receiving device signals a microcontroller core of the single photon transmitting device that a quantum key agreement can start.
In particular, the microcontroller core of the single photon transmission device causes the single photon transmission device to generate a polarization-modulated stream of single photons as a QKD coupled beam, in particular using a random number of its quantum process-based true random number generator of the single photon transmission device. In particular, the single-photon receiving device receives the polarization-modulated single-photon data stream of the QKD coupled beam generated by the single-photon transmitting device.
Ein erfindungsgemäßer Integrierter QKD-Schaltkreis umfasst eine wie oben beschriebene Einzelphotonensendevorrichtung und/oder eine wie oben beschriebene Einzelphotonenempfangsvorrichtung.An integrated QKD circuit according to the invention comprises a single-photon transmission device as described above and/or a single-photon reception device as described above.
Ein erfindungsgemäßer Autoschlüssel umfasst eine oben beschriebene Einzelphotonensendevorrichtung und/oder eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung, wie oben beschrieben.A car key according to the invention comprises a single photon transmission device as described above and/or a single photon reception device as described above.
Ein erfindungsgemäßes Auto umfasst eine Einzelphotonensendevorrichtung, wie oben beschrieben, und/oder eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung, wie oben beschrieben.A car according to the invention comprises a single photon transmission device as described above and/or a single photon reception device as described above.
Die oben beschriebene erfindungsgemäße Einzelphotonensendevorrichtung und/oder die oben beschriebene erfindungsgemäße Einzelphotonenempfangsvorrichtung findet insbesondere für einen Datenaustausch eine Verwendung
- • zwischen einem erfindungsgemäßen Autoschlüssel und einem erfindungsgemäßen Auto,
- • zwischen einem ersten erfindungsgemäßen Auto und einem zweiten erfindungsgemäßen Auto,
- • zwischen einem erfindungsgemäßen Auto und einer Infrastrukturvorrichtung, wie beispielsweise eine Ladesäule, und
- • innerhalb eines erfindungsgemäßen Autos für eine verschlüsselte Kommunikation innerhalb des erfindungsgemäßen Autos.
- • between a car key according to the invention and a car according to the invention,
- • between a first car according to the invention and a second car according to the invention,
- • between a car according to the invention and an infrastructure device, such as a charging station, and
- • within a car according to the invention for encrypted communication within the car according to the invention.
Eine erfindungsgemäße SPAD-Diode für ein Sensorelement eines Einzelphotonendetektors für eine erfindungsgemäße Einzelphotonensendevorrichtung und/oder für eine erfindungsgemäße Einzelphotonenempfangsvorrichtung umfasst
- • wenigstens eine Shallow-Trench-Isolation,
- • wenigstens einen Anodenkontakt,
- • wenigstens einen Kathodenkontakt,
- • wenigstens ein Abdeckoxid,
- • wenigstens eine optisch transparente Isolierschicht,
- • wenigstens ein hoch dotierte erstes Anschlussgebiet eines ersten Leitungstyps,
- • wenigstens eine erste dotierte Wanne eines zweiten Leitungstyps,
- • wenigstens eine zweite dotierte Wanne eines zweiten Leitungstyps,
- • eine epitaktische Schicht eines zweiten Leitungstyps,
- • ein Basismaterial eines halbleitenden einkristallinen Wafers,
- • eine zweite dotierte Wanne eines zweiten Leitungstyps unterhalb des Anodenkontakts,
- • wenigstens ein hoch dotiertes zweite Anschlussgebiet des zweiten Anschlusstyps, und
- • wenigstens eine Isolation.
- • at least one shallow trench isolation,
- • at least one anode contact,
- • at least one cathode contact,
- • at least one covering oxide,
- • at least one optically transparent insulating layer,
- • at least one highly doped first connection region of a first conductivity type,
- • at least one first doped well of a second conductivity type,
- • at least one second doped well of a second conductivity type,
- • an epitaxial layer of a second conductivity type,
- • a base material of a semiconducting monocrystalline wafer,
- • a second doped well of a second conductivity type below the anode contact,
- • at least one highly doped second connection region of the second connection type, and
- • at least one insulation.
Insbesondere umfasst die erfindungsgemäße SPAD-Diode wenigstens ein metalloptischer Filter, und wenigstens ein optisch transparenter Schlitz in dem metalloptischen Filter.In particular, the SPAD diode according to the invention comprises at least one metal-optical filter and at least one optically transparent slot in the metal-optical filter.
Insbesondere sind bei einem SPAD-Dioden-Array aus einer Mehrzahl der erfindungsgemäßen SPAD-Diode die Mehrzahl der SPAD-Dioden derart angeordnet, dass die jeweiligen metalloptischen Filter der jeweils zueinander benachbarter SPAD-Dioden in einem 45°-Winkel zueinander angeordnet sind.In particular, in a SPAD diode array made up of a plurality of SPAD diodes according to the invention, the plurality of SPAD diodes are arranged such that the respective metal-optical filters of the respectively adjacent SPAD diodes are arranged at a 45° angle to one another.
Die erfindungsgemäße Einzelphotonensendevorrichtung und die erfindungsgemäße Einzelphotonenempfangsvorrichtung weisen den Vorteil auf, dass sie mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens einen sicheren Datenaustausch durchführen können, wobei es sich bei der erfindungsgemäßen Einzelphotonensendevorrichtung und/oder der erfindungsgemäßen Einzelphotonenempfangsvorrichtung um ein mobiles Gerät handeln kann, bzw. diese in einem mobilen Gerät integriert sind, wie beispielsweise in dem erfindungsgemäßen Autoschlüssel und dem erfindungsgemäßen Auto.
Ebenso ist eine Anwendung für einen Datenaustausch zwischen einem mobilen Gerät, beispielsweise einem Schlüssel oder einem Smartphone, o.ä., und einer Infrastruktur, beispielsweise einem Gebäude möglich.
Auch eine Anwendung für einen Datenaustausch zwischen einem mobilen Gerät, beispielsweise einem Smartphone, o.ä., und einem ansteuerbaren Gerät, beispielsweise eine Smart-Home-Anwendung, ist mit der erfindungsgemäßen Einzelphotonensendevorrichtung und der erfindungsgemäßen Einzelphotonenempfangsvorrichtung auf sichere Weise möglich.The single photon transmission device according to the invention and the single photon reception device according to the invention have the advantage that they can carry out a secure data exchange using the method according to the invention, whereby the single photon transmission device according to the invention and/or the single photon reception device according to the invention can be a mobile device, or these can be in a mobile device Device are integrated, such as in the car key according to the invention and the car according to the invention.
An application for data exchange between a mobile device, for example a key or a smartphone or the like, and an infrastructure, for example a building, is also possible.
An application for data exchange between a mobile device, for example a smartphone or the like, and a controllable device, for example a smart home application, is also possible in a safe manner with the single photon transmission device according to the invention and the single photon reception device according to the invention.
Dabei weisen die erfindungsgemäße Einzelphotonensendevorrichtung und die erfindungsgemäße Einzelphotonenempfangsvorrichtung eine sehr kompakte Bauweise auf. Insbesondere in Form des erfindungsgemäßen Integrierter QKD-Schaltkreises.
Insbesondere durch ein monolithisches integrieren der erfindungsgemäßen Einzelphotonensendevorrichtung und/oder der erfindungsgemäßen Einzelphotonenempfangsvorrichtung wird das CPK besser. Somit ergibt sich eine schmale Verteilung und eine geringe Streubreite, sodass eine Streuung unter den Bauteilen der Einzelphotonensendevorrichtung und/oder Einzelphotonenempfangsvorrichtung geringer wird.In this case, the single-photon transmission device according to the invention and the single-photon reception device according to the invention have a very compact design. In particular in the form of the integrated QKD circuit according to the invention.
The CPK is improved in particular by a monolithic integration of the single-photon transmission device according to the invention and/or the single-photon reception device according to the invention. This results in a narrow distribution and a small spread, so that a spread among the components of the single-photon transmission device and/or single-photon reception device becomes smaller.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Merkmale und Funktionen der Erfindung sind in Zusammenhang mit den in den Figuren gezeigten Beispielen erklärt.Further advantageous configurations, features and functions of the invention are explained in connection with the examples shown in the figures.
Hierbei zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung eines optischen Systems eines QKD-Empfängers gemäß dem Stand der Technik; -
2 eine schematische Darstellung eines optischen Systems einer QKD-Einzelphotonensendevorrichtung gemäß dem Stand der Technik; -
3 eine schematische Darstellung eines weiteren optischen Systems einer QKD-Einzelphotonensendevorrichtung gemäß dem Stand der Technik; -
4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einzelphotonensendevorrichtung in einer ersten Ausführungsform; -
5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einzelphotonensendevorrichtung in einer weiteren Ausführungsform; -
6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einzelphotonenempfangsvorrichtung; -
7 ein schematisches Blockschaltbild eines beispielhaften integrierten Schaltkreises für die Verwendung als integrierter QKD-Schaltkreis in automobilen QKD Systemen; -
8 eine schematische Darstellung einer Kopplung einer erfindungsgemäßen Einzelphotonensendevorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Einzelphotonenempfangsvorrichtung mittels eines QKD-Kopplungsstrahls; -
9 schematische Darstellung einer Nutzung eines Laser-Pointer-Strahls zur Ausrichtung der erfindungsgemäßen Einzelphotonensendevorrichtung auf die erfindungsgemäße Einzelphotonenempfangsvorrichtung; -
10 schematische Darstellung der Vereinbarung eines QKD-Schlüssels zwischen einem eine erfindungsgemäße Einzelphotonensendevorrichtung umfassenden Autos und einer eine erfindungsgemäße Einzelphotonenempfangsvorrichtung umfassende Infrastrukturvorrichtung in Form einer Ladesäule; -
11 schematische Darstellung eines beispielhaften Zusammenwirkens zwischen einem Software-Update-Gerät umfassend die erfindungsgemäße Einzelphotonensendevorrichtung und einem Auto umfassend die erfindungsgemäße Einzelphotonenempfangsvorrichtung; -
12 Auto umfassend eine erfindungsgemäße Einzelphotonensendevorrichtung und eine erfindungsgemäße Einzelphotonenempfangsvorrichtung, wobei Teilvorrichtungen des Autos über ein zugehöriges QKD-System einen QKD-Schlüssel erzeugen und für eine verschlüsselte Kommunikation in dem Auto nutzen; -
13 schematische Darstellung eines beispielhaften Zusammenwirkens zwischen zwei Autos umfassend eine erfindungsgemäße Einzelphotonensendevorrichtung und eine erfindungsgemäße Einzelphotonenempfangsvorrichtung; -
14 schematische Darstellung einer beispielhaften SPAD-Diode für den Einsatz als Sensorelement eines Einzelphotonendetektors einer erfindungsgemäßen Einzelphotonensendevorrichtung und/oder einer erfindungsgemäßen Einzelphotonenempfangsvorrichtung; und -
15 eine schematische Darstellung eines metalloptischen Filters mit metalloptischen Teilfiltern für ein SPAD-Dioden-Array von SPAD-Dioden gemäß14 .
-
1 a schematic representation of an optical system of a QKD receiver according to the prior art; -
2 a schematic representation of an optical system of a QKD single photon transmission device according to the prior art; -
3 a schematic representation of another optical system of a QKD single photon transmission device according to the prior art; -
4 a schematic representation of a single photon transmission device according to the invention in a first embodiment; -
5 a schematic representation of a single photon transmission device according to the invention in a further embodiment; -
6 a schematic representation of a single photon receiving device according to the invention; -
7 Figure 12 is a schematic block diagram of an exemplary integrated circuit for use as a QKD integrated circuit in automotive QKD systems; -
8th a schematic representation of a coupling of a single photon transmission device according to the invention with a single photon reception device according to the invention by means of a QKD coupling beam; -
9 schematic representation of a use of a laser pointer beam for aligning the single photon transmission device according to the invention to the single photon reception device according to the invention; -
10 Schematic representation of the agreement of a QKD key between a car comprising a single photon transmitting device according to the invention and an infrastructure device comprising a single photon receiving device according to the invention in the form of a charging station; -
11 schematic representation of an exemplary interaction between a software update device comprising the single-photon transmission device according to the invention and a car comprising the single-photon receiving device according to the invention; -
12 Car comprising a single-photon transmission device according to the invention and a single-photon reception device according to the invention, with sub-devices of the car generating a QKD key via an associated QKD system and using it for encrypted communication in the car; -
13 schematic representation of an exemplary interaction between two cars comprising a single photon transmission device according to the invention and a single photon reception device according to the invention; -
14 schematic representation of an exemplary SPAD diode for use as a sensor element of a single photon detector of a single photon transmission device according to the invention and/or a single photon reception device according to the invention; and -
15 a schematic representation of a metal-optical filter with metal-optical sub-filters for a SPAD diode array of SPAD diodes according to14 .
Es handelt sich um einen Einzelphotonenempfänger für einen polarisationsmodulierten Einzelphotonenstrahl. Ein polarisationsrichtungsmodulierter Strom von Einzelphotonen 102 gelangt über einen Empfangspfad 152 in ein QKD-Empfangssystem des Einzelphotonenempfängers 101 für einen polarisationsmodulierten Einzelphotonenstrahl. Ein nicht polarisierenden ersten Strahlteiler 183 teilt den polarisationsrichtungsmodulierten Strom der Einzelphotonen 102 im Empfangspfad 152 in einen ersten Signalpfad 1604 und einen zweiten Signalpfad 187 auf. Dabei gelangt mit einer Wahrscheinlichkeit von 50% ein Einzelphoton des polarisationsrichtungsmodulierten Stroms der Einzelphotonen 102 im Empfangspfad 152 in den ersten Signalpfad 1604, und mit einer Wahrscheinlichkeit von 50% ein Einzelphoton des polarisationsrichtungsmodulierten Stroms der Einzelphotonen 102 im Empfangspfad 152 in den zweiten Signalpfad 187. Ein zweiter polarisierender Strahlteiler 184 spaltet den einen ersten Einzelphotonenstrom 1604 in einen dritten horizontal polarisierten Einzelphotonenstrom und einen vierten vertikal polarisierten Photonenstrom auf. Der zweite polarisierende Strahlteiler 184 lenkt die Photonen des Lichts im ersten Signalpfad 1604, die ein horizontale Polarisation aufweisen, auf einen ersten Einzelphotonendetektor 177 für horizontal polarisierte Einzelphotonen und die Photonen des Lichts im ersten Signalpfad, die eine vertikale Polarisation aufweisen, auf einen zweiten Einzelphotonendetektor 176 für vertikal polarisierte Einzelphotonen. Ein λ/4-Ptätchen 188 dreht die Photonen im zweiten Signalpfad 187 um 45° und speist diese gedrehten Photonen in einen gedrehten zweiten Signalpfad 189 ein. Ein dritter polarisierender Strahlteiler 190 lenkt die -45° polarisierten Einzelphotonen des Lichts im gedrehten zweiten Signalpfad 189 auf einen vierten Einzelphotonendetektor 178 und die +45° polarisierten Einzelphotonen des Lichts im gedrehten zweiten Signalpfad 189 auf einen dritten Einzelphotonendetektor 179.
Auf diese Weise kann der vorschlagsgemäße Einzelphotonenempfänger101 für einen polarisationsrichtungsmodulierten Strom 102 der Einzelphotonen die Polarisationsmodulation des polarisationsrichtungsmodulierten Stroms 102 der Einzelphotonen im Empfangspfad 152 erfassen und einem Rechner, beispielsweise einem Mikrocontrollerkern, zur Verfügung stellen.
It is a single photon receiver for a polarization modulated single photon beam. A direction-of-polarization-modulated stream of
In this way, the proposed
Es handelt sich um eine Einzelphotonensendevorrichtung 201 zum Senden eines Stroms polarisationsmodulierter Einzelphotonen 102. Der polarisationsrichtungsmodulierte Strom der Einzelphotonen 102 verlässt über den Empfangspfad 152 die QKD-Einzelphotonensendevorrichtung 201 als polarisationsmodulierter Einzelphotonenstrahl 102.
Die polarisationsmodulierbare Einzelphotonenquelle 201 umfasst eine erste Einzelphotonenquelle 236 für horizontal polarisierte Einzelphotonen und eine zweite Einzelphotonenquelle 237 für vertikal polarisierte Einzelphotonen und eine dritte Einzelphotonenquelle 238 für horizontal polarisierte Einzelphotonen und eine vierte Einzelphotonenquelle 239 für vertikal polarisierte Einzelphotonen. Die Einzelphotonen der dritten Einzelphotonenquelle 238 für horizontal polarisierte Einzelphotonen und der vierten Einzelphotonenquelle 239 für vertikal polarisierte Einzelphotonen müssen vor dem Verlassen der polarisationsmodulierten Einzelphotonenquelle 201 ein λ/4-Plättchen 288 passieren. Dieses λ/4-Plättchen 288 dreht die Polarisation der Einzelphotonen der dritten Einzelphotonenquelle 238 für horizontal polarisierte Einzelphotonen und der Einzelphotonen der vierten Einzelphotonenquelle 239 für vertikal polarisierte Einzelphotonen um 45°. Daher handelt es sich bei der dritten Einzelphotonenquelle 238 für horizontal polarisierte Einzelphotonen eigentlich um eine dritte Einzelphotonenquelle 238 für +45° polarisierte Einzelphotonen bezogen auf den Empfangspfad 152. Ebenso handelt es sich aus diesem Grund bei der vierten Einzelphotonenquelle 239 für vertikal polarisierte Einzelphotonen eigentlich um eine vierte Einzelphotonenquelle 238 für -45° polarisierte Einzelphotonen bezogen auf den Empfangspfad 152.
Ein erster Strahlteiler 283 und ein zweiter Strahlteiler 284 und ein dritter Strahlteiler 290 führen die Einzelphotonen der ersten Einzelphotonenquelle 236 und der zweiten Einzelphotonenquelle 237 und der dritten Einzelphotonenquelle 238 und der vierten Einzelphotonenquelle 239 zu einem gemeinsamen Strom 102 von Einzelphotonen im Empfangspfad 152 zusammen.
It is a single
The polarization modulatable
A
Eine Steuervorrichtung, typischerweise ein Mikrocontrollerkern, steuert nun immer nur eine Einzelphotonenquelle der vier Einzelphotonenquellen für sehr kurze Zeit an, sodass insgesamt eine Polarisationsmodulation des Stroms 102 der Einzelphotonen in 45° Schritten möglich ist.A control device, typically a microcontroller core, now controls only one single photon source of the four single photon sources for a very short time, so that polarization modulation of the
In dem Beispiel der
In the example of
Kern des Autoschlüsselsystems 401 ist ein Mikrocontrollerkern 416. Wesentliche Teile des Einzelphotonensendevorrichtung, insbesondere des Autoschlüsselsystems, 401 sind bevorzugt auf einem Halbleitersubstrat mikrointegriert. Bevorzugt sind diese Teile in einer CMOS-, BiCMOS- oder Bipolartechnologie gefertigt.
Das Einzelphotonensendevorrichtung 401 umfasst bevorzugt einen oder mehrere interne Datenbusse 402, über die der Mikrocontrollerkern 416 des Einzelphotonensendevorrichtung 401 bevorzugt die interne Datenkommunikation abwickelt. Des Weiteren umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung bevorzugt ein oder mehrere Schreib/Lese-Speicher RAM 403 zur Speicherung und zur Bereitstellung Nutzung von Daten und Programmbefehlen durch den Mikrocontrollerkern 416. Außerdem weist das Einzelphotonensendevorrichtung 401 bevorzugt ein oder mehrere beschreibbare nicht flüchtige Speicher 404 auf. Diese nichtflüchtigen Speicher können beispielsweise EEPROM-Speicher 404 oder Flash-Speicher 404 oder OTP-Speicher 404 umfassen. Des Weiteren weist das Einzelphotonensendevorrichtung 401 bevorzugt ein oder mehrere nicht flüchtige, reine Lese-Speicher 405, wie beispielsweise ein ROM 405, auf. Diese beinhalten bevorzugt Programmcode und Programmdaten für den Mikrocontrollerkern 416, der diesen Programmcode typischerweise abarbeitet. Programmcode und Programmdaten können auch in dem ein oder mehreren beschreibbaren nicht flüchtigen Speichern 404 abgelegt sein.
Die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 umfasst bevorzugt einen oder mehrere nicht flüchtige, beschreibbare und/oder nicht beschreibbare Hersteller-Speicher 406. Im Falle eines nicht beschreibbaren Hersteller-Speichers 406 kann der Hersteller-Speicher 406 beispielsweise ein Hersteller-ROM sein. Des Weiteren umfasst die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 bevorzugt ein oder mehrere Kryptografie-Beschleuniger 407, beispielsweise einen DES-Beschleuniger und/oder einen AES-Beschleuniger 407, um die Abarbeitung der Kryptografiealgorithmen durch den Mikrocontrollerkern 416 der beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 zu beschleunigen. Auch umfasst die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 bevorzugt ein oder mehrere Hersteller-Speicher-Firewalls 408, die den unautorisierten Zugriff auf den Herstellerspeicher 406 unterbinden und nur nach entsprechender Authentifizierung, beispielsweise mittels eines Passworts zulassen. Bevorzugt sperren die Hersteller-Speicher-FireWalls den Zugriff unwiderruflich, falls mehr als eine erlaubte Anzahl nicht erfolgreicher Zugriffsversuche auf den Herstellerspeicher 406 erfolgte. Eine weitere Vorrichtung zur Erhöhung der Effizienz können eine ein oder mehrere CRC-Module (Cyclic Redundancy Check) 411 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 sein. Diese berechnen für eine vorgegebene Menge an Daten ein CRC-Prüfdatenwort, wie es beispielsweise in vielen Datenkommunikationsprotokollen verwendet wird. Des Weiteren weist die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 typischerweise ein oder mehrere Taktgeneratormodule (Englisch Clock Driver, CLK) 412 auf, die die Systemtakte zum Betrieb der Vorrichtungsteile der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 bereitstellen. Die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 umfasst bevorzugt ein oder mehrere Zeitgeber-Module 413, die zeitliche Abläufe innerhalb der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 steuern. Bevorzugt umfasst die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 eine oder mehrere Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 414, die die Integrität der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 überwachen und ggf. Gegenmaßnahmen bei einem Angriff initiieren. Die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 umfasst bevorzugt zumindest einen bevorzugt quantenprozessbasierenden Generator für echte Zufallszahlen (Englisch: Quantum Random Number Generator: QRNG) 415. Ein solcher hat den Vorteil, dass die Entropie seiner Zufallszahl besonders gut für die Verschlüsselung geeignet ist. Typischerweise umfasst die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 ein oder mehrere 8/16/32/64-Bit-Microkontrollerkerne 416, die die Programme in dem Speicher der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 ausführen. Die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 umfasst bevorzugt ein oder mehrere optionale Datenschnittstellen 417, insbesondere einer oder mehreren Universellen Asynchronen Receiver Transmittern (UART) zur Unterstützung serieller Hochgeschwindigkeitsdaten, für die Datenkommunikation mit anderen Rechnersystemen.
Ein oder mehrere Basistakterzeugungen 421 (CLK) sind bevorzugt Teil der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401. Die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 umfasst bevorzugt ein oder mehrere Rücksetzschaltungen 422. Ein oder mehrere Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltungen 423 mit Spannungsreglern, die die Betriebsspannungen für das Mikrocontroller-System der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 und andere Teilvorrichtungen der beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 bereitstellen. Bevorzugt umfassen die einen oder mehreren Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltungen 423 auch zumindest eine Energiereserve, beispielsweise eine Batterie oder einen Akkumulator. Besonders Bevorzugt umfassen die die einen oder mehreren Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltungen 423 auch eine Ladeschaltung und eine erste Ladespule, die typischerweise kein Vorrichtungsteil der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 ist, zur induktiven Kopplung an eine zweite Ladespule dienen, die bevorzugt Teil einer zur beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 externen Vorrichtung und/oder separat von der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 ist. Die externe Ladevorrichtung überträgt mittels einer induktiven Kopplung Energie von einem Energiesystem, beispielsweise einer Batterie oder einer Lichtmaschine oder dergleichen, oder von einem Energiesystem der externen Ladevorrichtung, beispielsweise einem Energiespeicher oder einem Generator oder einer Solarzelle oder einem Stromnetz oder dergleichen, mittels der Ladeschaltung der einen oder mehreren Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltungen 423 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 auf die Energiereserve der einen oder mehreren Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltungen 423 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401. Die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 weist typischerweise eine oder mehrere Masseschaltungen 424 auf, die die Vorrichtung gegen Verpolung und Angriffe über die Masseleitung schützen. Die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 umfasst das Weiteren in der Regel ein oder mehrere Eingangs-/Ausgangsschaltungen 425, die es der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 gestatten, weitere Vorrichtungen anzusteuern oder auszulesen oder sonst wie mit diesen zu kommunizieren.
Bevorzugt umfasst die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 beispielsweise einen Mikrocontrollerkern 416, der so konfiguriert ist, dass er die sichere Authentifizierung eines Produkts erleichtert.
Der interne Datenbus 402 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 kann mehrere Datenbusse 402 für mehrere Mikrocontrollerkerne 416 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 umfassen, so dass diese mehreren Mikrocontrollerkerne 416 unabhängig voneinander gleichzeitig auf verschiedene Teilvorrichtungen der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 zugreifen können. In der Regel umfasst die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 aber nur einen internen Datenbus 402 und nur einen Mikrocontrollerkern 416. Der Mikrocontrollerkern 416 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 ist bevorzugt ein ARM-Prozessor oder dergleichen. Bevorzugt handelt es sich um einen 8-Bit- oder einen 16-Bit- oder einen 32 Bit- oder einen 64-Bit-Mikrocontrollerkern 416.
Bevorzugt umfasst die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 ein oder mehrere Schreib/Lese-Speicher RAM 403. Hierbei kann es sich beispielsweise um SRAMs und/oder MRAMs und/oder FRAMS oder dergleichen handeln. Auch kann es sich bei den ein oder mehrere Schreib/Lese-Speicher RAM 403 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 ganz oder teilweise um dynamische Schreib/Lesespeicher wie beispielsweise DRAMs handeln, die der Mikrocontrollerkern 416 oder eine Refresh-Vorrichtung der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 in regelmäßigen Zeitabständen in einem Refresh-Zyklus lesen und wieder neu beschreiben. Für den Zugriff des Mikrocontrollerkerns 416 auf einen Speicher der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 kann die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 eine Zugriffslogik aufweisen, die diesen Refresh regelmäßig ausführt und diesen Zugriff steuert. Allerdings eröffnet ein DRAM typischerweise Möglichkeiten für einen Angriff und ist typischerweise eine mögliche Schwachstelle. Auf diese Schreib/Lese-Speicher RAM 403 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 kann bevorzugt der Mikrocontrollerkern 416 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 mittels des internen Datenbusses 402 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 zugreifen.
The core of the car
The single
The exemplary single-
One or more base clock generators 421 (CLK) are preferably part of the example single
Preferably, the example single
The internal data bus 402 of the example single
The exemplary single-
Bevorzugt umfasst die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 ein oder mehrere beschreibbare und nicht flüchtige Speicher 404. Auf diese beschreibbaren und nicht flüchtigen Speicher 404 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 kann bevorzugt der Mikrocontrollerkern 416 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 mittels des internen Datenbusses 402 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 zugreifen. Diese nichtflüchtigen Speicher 404 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 können beispielsweise EEPROM-Speicher 404 oder Flash-Speicher 404 oder OTP-Speicher 404 umfassen. Hierbei steht OTP für Englisch One Time programmable, was nur einmal programmierbar bedeutet. Eine Angriffsmöglichkeit kann das Löschen der nicht flüchtigen Speicher 404 mittels Strahlung, beispielsweise Röntgenstrahlung und/oder ionisierender Strahlung und/oder die Erhitzung von Speicherzellen sein. Hierzu weist die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 bevorzugt eine oder mehrere Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 414 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 auf, die die Datenintegrität der Speicherzellen der löschbaren Speicher 404 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 überwachen. Bevorzugt weisen die Speicherzellen der löschbaren Speicher 404 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 eine Redundanz in der Art auf, dass zumindest zwei Prüf-Bits für ein Datenwort, das bevorzugt ein Datenwort von 8 Bit Länge, also ein Byte, ist, vorgesehen sind und dass immer mindestens ein erstes Prüf-Bit den Inhalt 1 aufweisen muss und ein anderes, weites Prüf-Bit, das diesem ersten Prüf-Bit zugeordnet ist, den Inhalt 0 aufweisen muss. Beispielsweise kann das erste Prüf-Bit ein Parity-Bit des Bytes sein und das zweite Prüf-Bit das zum ersten Prüf-Bit inverse Bit des Parity-Bits. Erfolgt nun ein Angriff mit ionisierender Strahlung oder dergleichen, so setzt der Angriff beide Prüf-Bits auf den gleichen Wert zurück. Dies ist ein illegaler Zustand den der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 erkennen kann. Die eine oder mehrere Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 414 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 detektieren eine solche Abweichung und sperren ggf. die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 für weitere Zugriffe zumindest für einen vorzugsweise vorbestimmten Zeitraum.
Bevorzugt ist jedes Bit der Speicher der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 doppelt ausgelegt, so dass bevorzugt jedes logische Datenbit als Paar aus einem ersten physikalischen Datenbit mit einem ersten internen logischen Wert und einem zweiten physikalischen Datenbit mit einem zweiten internen logischen Wert realisiert ist. Dabei ist typischerweise der zweite interne logische Wert das logische Inverse des ersten internen logischen Werts. Dass dies immer so ist, überwachen wieder bevorzugt die eine oder mehrere Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 414 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401. Die eine oder mehrere Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 414 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 detektieren wieder Abweichungen und sperren beispielsweise bevorzugt ggf. die weitere Ausführung von Programmen oder bestimmten Programmteilen und/oder den Zugriff auf Daten beispielsweise für den Mikrocontrollerkern 416 im Falle von Abweichungen. Bevorzugt umfasst die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 eine oder mehrere Rücksetzschaltungen 422 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401. Die Rücksetzschaltungen 422 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 setzen jeweils die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 und/oder Teilvorrichtungen der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 in vordefinierte Zustände, wenn vorbestimmte oder bestimmbare Rücksetzbedingungen und/oder Kombinationen und/oder zeitliche Abfolgen solcher Rücksetzbedingungen vorliegen. Beispielsweise können diese Bedingungen beispielsweise Signalisierungen der einen oder mehreren Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 414 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 an eine oder mehrere Rücksetzschaltungen 422 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 sein. Auch können diese Bedingungen Änderungen und/oder Werte von elektrischen Knotenpotenzialen gegenüber dem Potenzial eines Bezugsknotens oder einer Bezugspotenzialleitung, also beispielsweise einer oder mehrerer Betriebsspannungen der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401, sein. Ein Watchdog-Timer kann Teil einer Rücksetzschaltung 422 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 sein. Des Weiteren können solche Bedingungen die Integrität des Gehäuses der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 betreffen. Bevorzugt umfasst das Gehäuse der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 einen Detektor für das Öffnen oder Beschädigen des Gehäuses der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401. Beispielsweise kann es sich hierbei um eine einzelne Leitung handeln, die beispielsweise als textiles Netzwerk die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 umgibt oder bedeckt oder zumindest Teile der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 abdeckt. Auch kann es sich um ein Netzwerk von Leitungen handeln, die die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 ausschließlich zur Detektion eines Angriffs bedecken. Beispielsweise kann die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 mittels einer ersten Ein-/Ausgansleitung in eine oder mehrere solcher Leitungen jeweils einen elektrischen Strom einspeisen und diesen wieder an einer oder mehreren zweiten Ein-/Ausgangsleitungen entnehmen. Wird der Stromfluss unterbrochen, ist dies ein Hinweis auf einen Angriff den eine oder mehrere der einen oder mehreren Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 414 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 erkennen können und die daraufhin zum Beispiel dem Mikrocontrollerkern 416 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 diesen Angriff signalisieren. Beispielsweise können in einem solchen Fall des vermuteten Verletzens der Integrität des Gehäuses der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 eine oder mehrere der einen oder mehreren Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 414 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 den schreibenden und/oder lesenden Zugriff auf Speicherinhalte der Speicher der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 sperren und/oder solche Inhalte der Speicher der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 ganz oder teilweise löschen oder diese Inhalte der Speicher der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 auf vordefinierte Werte setzen oder mit unsinnigen Daten überschreiben oder sonst wie manipulieren. Die Speicher der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 umfassen bevorzugt ein oder mehrere nicht flüchtige, reine Lese-Speicher 405, wie beispielsweise ein ROM. In dem ROM der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 befinden sich bevorzugt konstruktionsseitig festgelegte Daten und/oder Programmbefehle. Bevorzugt weist die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 einen oder mehrere nicht flüchtige, beschreibbare und/oder nicht beschreibbare Hersteller-Speicher 406 auf, in die der Halbleiterhersteller oder ein anderer Zulieferer seine Produktions- und Sicherheitsdaten, wie beispielsweise Seriennummern etc. ablegen kann. Bevorzugt sperrt der Halbleiterhersteller nach Ausführung des letzten Produktionstests den Zugriff auf diesen beschreibbare und/oder nicht beschreibbaren nicht flüchtigen Hersteller-Speicher 406 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401. Bevorzugt ist der Zugriff auf den beschreibbaren und/oder nicht beschreibbaren Hersteller-Speicher 406 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 mittels eines oder mehrerer Herstellerpassworte möglich. In manchen Fällen ist ein Doppelschlüsselverfahren sinnvoll. In dem Fall speichert ein dem Halbleiterhersteller nachfolgender Kunde in einem ebenfalls für den Zugriff mit einem Kennwort sperrbaren Kundensperrregister der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 ein Kundenkennwort. Bevorzugt kann der Halbeiterhersteller nur mit dem Kundenkennwort und dem Halbleiterkennwort auf alle Speicherbereiche der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 zugreifen. Bevorzugt sieht der Halbleiterhersteller ein Analysekennwort vor, mittels dessen er eine oder mehrere der einen oder mehreren Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 414 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 veranlassen kann, typischerweise unter Zuhilfenahme der Rücksetzschaltung 422 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 die Kundeninhalte in den Speichern der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 zu löschen und dann alle Speicherbereiche der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 für die Analyse von Fehlern zugänglich zu machen. Im Falle eines nicht beschreibbaren Hersteller-Speichers der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 kann der Hersteller-Speicher 406 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 beispielsweise ein Hersteller-ROM sein, dessen Inhalt beispielsweise bei der Fertigung des Halbleiterschaltkreises der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 festgelegt wird. Die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 ist typischerweise dazu bestimmt, mittels kryptografischer Verfahren, die in den Speichern der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 abgelegt sind und die einer oder mehrere der Mikrocontrollerkerne 416 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 ausführen, Daten und/oder Programmcodeteile und/oder Befehle verschlüsselt zu empfangen und/oder solche zu versenden. Bevorzugt handelt es sich bei der Verschlüsselung jeweils um eine QKD-Verschlüsselung. Diese Verfahren benötigen zum Teil erhebliche Rechenleistungen. Es hat sich daher bewährt, dass nicht nur der Mikrocontrollerkern 416 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 bestimmte Programmteile dieser Kryptografieverfahren in Form von Teilschritten dieser Kryptografieverfahren ausführt, sondern dass ein oder mehrere spezielle Hardwarebeschleuniger der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 vorzugsweise in Form eines oder mehrerer Kryptografie-Beschleuniger 407 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 diese Programmteile ausführen. Zu diesem Zweck verfügt die beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 bevorzugt beispielsweise über einen DES-Beschleuniger 407 für den DES Algorithmus und/oder einen AES-Beschleuniger407 für die Ausführung des AES-Algorithmus. Der Mikrocontrollerkern 416 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 spricht diese Hardware-Beschleuniger der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 typischerweise über den internen Datenbus 402 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 an. Bevorzugt verfügt der Mikrocontrollerkern 416 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 über ein redundantes Taktsystem der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401, um Zugriffe auf das Taktsystem der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 erkennen zu können. Eine oder mehrere der einen oder mehreren Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 414 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 überwachen die Konsistenz der logischen Inhalte dieser bevorzugten Mehrzahl von redundanten Taktsystemen der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 und können so Angriffe und Fehler erkennen. Den Zugriff des Mikrocontrollerkerns 416 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 und der Testlogik der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 auf die Herstellerspeicher der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 verhindern bevorzugt ein oder mehrere Hersteller-Speicher-Firewalls 408 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401. Diese Hersteller-Firewalls 408 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 können bevorzugt, wie beschrieben, durch ein Herstellerpasswort entsperrt werden. Bevorzugt ist die Anzahl der Fehleingaben sehr beschränkt, um die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen Angriffs zu minimieren. Bevorzugt umfasst die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 über ein oder mehrere CRC-Module (Cyclic Redundancy Check) 411 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401, damit die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 für eine serielle Datenkommunikation die CRC Daten, die in den meisten Datenprotokollen zur Erkennung fehlerhafter Datenübertragungen eingesetzt werden, zum einen im Falle eines Sendevorgangs effizient erzeugen kann und zum Anderen bei einem Empfang den korrekten Empfang der Datenbotschaft schnell überprüfen kann. Bevorzugt umfasst die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 ein oder mehrere Taktgeneratormodule (Englisch Clock Driver, CLK) 412, die ein oder mehrere Taktsignale zum Betreiben der Schaltungen der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 erzeugen. Bevorzugt erzeugen die ein oder mehreren Taktgeneratormodule (Englisch Clock Driver, CLK) 412 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 redundante Taktsignale, die einen Angriff auf das Taktsystem der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 erkennen lassen. Typischerweise umfasst die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 ein oder mehrere Zeitgeber-Module 413, wie der Mikrocontrollerkern 416 sie beispielsweise für die Erkennung von Time-Outs benötigt. Bevorzugt umfasst die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 einen oder mehrere Watchdog-Timer, die die Abarbeitung der verschiedenen Programmteile durch den einen oder die mehreren Mikrocontrollerkerne 416 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 überwachen. Diese Watchdog-Timer können Teil der einen oder mehreren der einen oder mehreren Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 414 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 sein. Vorschlagsgemäß umfasst die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 zumindest einem bevorzugt quantenprozessbasierenden Generator für echte Zufallszahlen (Englisch: Quantum Random Number Generator: QRNG) 415. Quantenbasierende Prozesse haben den Vorteil, dass sie auf einem echten Zufall beruhen. In den 70er Jahren des vorigen Jahrhunderts bewies der Physiker Bell, dass die Theorie der „hidden parameters“ falsch sei. D.h. es existieren keine verdeckten Ursachen für die Zufälligkeit quantenmechanischer Ereignisse, wie beispielsweise der Aussendung von Photonen. Der bereits mehrfach erwähnte Mikrocontrollerkern 416 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 kann beispielsweise ein 8-Bit-Mikrocontrollerkern oder ein 16-Bit-Mikrocontrollerkern oder ein 32-Bit-Mikrocontrollerkern oder ein 64-Bit-Mikrocontrollerkern oder ein 128-Bit-Mikrocontrollerkern oder dergleichen sein. Die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 kann ein oder mehrere 8/16/32/15-Bit-Microkontrollerkerne 416 aufweisen, die bevorzugt über ein oder mehrere interne Datenbusse 402 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 auf die anderen Teilvorrichtungen der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 zugreifen können. Bevorzugt umfasst die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 ein oder mehrere Datenschnittstellen 417 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401. Solche Datenschnittstellen 417 können beispielsweise eine oder mehrere Universelle Asynchrone Receiver Transmittern (UART) zur Unterstützung serieller Hochgeschwindigkeitsdaten sein. Bevorzugt weist die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 ein oder mehrere Basistakterzeuger 421 (CLK) auf, die bevorzugt jeweils einen Basistakt einem oder mehreren Taktgeneratormodule (Englisch Clock Driver, CLK) 412 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 zur Verfügung stellen. Bevorzugt handelt es sich bei den Basistakterzeugungen 421 (CLK) der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 um Oszillatoren. Bevorzugt umfasst die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 auch ein oder mehrere Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltungen 423 mit Spannungsreglern, die die Betriebsspannungen für die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 bereitstellen. Bevorzugt umfasst die beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 auch ein oder mehrere Masseschaltungen 424, die beispielsweise einen Verpolungsschutz und Schutzschaltungen gegen die Manipulation des elektrischen Potenzials des Halbleitersubstrats des Halbleiterkristalls der mikrointegrierten Tele der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 umfassen. Beispielsweise ist es sinnvoll, wenn ein oder mehrere der einen oder mehreren Masseschaltungen 424 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 einen Verpolungsschutz aufweisen. Beispielsweise ist es sinnvoll, wenn ein oder mehrere der einen oder mehreren Masseschaltungen 424 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 und/oder ein oder mehrere der einen oder mehreren Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltungen 423 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 so zusammenwirken, dass die Modulation des Stromverbrauchs und/oder des Innenwiderstands und/oder des Spannungsabfalls zwischen den Versorgungsspannungsanschlüssen der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 keine Rückschlüsse auf die Betriebsabläufe und/oder Zustände der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 zumindest zeitweise zulässt.The exemplary single
Each bit of the memory of the exemplary single-
Für die Steuerung anderer Vorrichtungen und/oder für die Kommunikation mit anderen Vorrichtungen und/oder für die Überwachung anderer Vorrichtungen ist es in der Regel sinnvoll, wenn die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 ein oder mehrere Eingangs-/Ausgangsschaltungen 425 aufweist, die in der Regel als digitale Eingänge und/oder als digitale Ausgänge, die bevorzugt auch einen Tri-State-Zustand einnehmen können, ausgeführt sind. Die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 kann einen Analog-zu-Digitalwandler, der es dem Mikrocontrollerkern 416 erlaubt, interne analoge Werte, wie z.B. die Betriebsspannung und externe analoge Werte zu überwachen. Der Analog-zu-Digitalwandler kann mit einem Analogmultiplexer versehen sein um eine Mehrzahl von internen elektrischen Knoten der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 auf die Korrektheit der Werte des elektrischen Potenzials gegenüber einem Bezugspotenzial der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 zu überwachen. Bevorzugt steuert der Mikrocontrollerkern 416 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 diesen Analogmultiplexer. Ggf. kann die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 mit einer oder mehreren Treiberstufen 692 versehen sein, um beispielsweise Aktoren 694 antreiben zu können. Bei diesen Aktoren 694 kann es sich beispielsweise um Motoren und/oder andere ohmsche und/oder induktive und/oder kapazitive Lasten und der gleichen handeln. Eine solche Treiberstufe 692 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 kann beispielsweise eine Halbbrücke und/oder eine H-Brücke oder dergleichen sein. Auch ist es denkbar, dass es sich um Leistungsstromquellen der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 beispielsweise für Leuchtmittel wie LEDs handeln kann.For controlling other devices and/or for communicating with other devices and/or for monitoring other devices, it is typically useful for the example single
Die hier vorgelegte Schrift schlägt somit eine beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 insbesondere zur sicheren Steuerung von Vorrichtungen im Automobil vor, die einen Halbleiterkristall umfasst. Bevorzugt ist die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 in einer CMOS-Schaltungstechnik oder einer bipolaren Schaltungstechnik oder einer BiCMOS-Schaltungstechnik gefertigt. Die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 umfasst bevorzugt Speicherelemente, einen oder mehrere internen Datenbusse 402, einen oder mehrere 8/16/32/15-Bit-Microkontrollerkerne 416und einen oder mehrere bevorzugt quantenprozessbasierenden Generatoren 415 für die Erzeugung echter oder hochqualitativer Zufallszahlen (Englisch: Quantum Random Number Generator: QRNG). Der interne Datenbus 402 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 kann mehrere Datenbusse umfassen. Die Speicherelemente der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 sind typischerweise mit dem internen Datenbus 402 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 verbunden. Die Datenschnittstellen der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 sind typischerweise mit dem internen Datenbus 402 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 verbunden. Die einen oder mehreren Generatoren für Zufallszahlen (QRNG) 415 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 sind ebenfalls bevorzugt mit dem internen Datenbus 402 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 verbunden. Die einen oder mehreren Mikrocontrollerkerne 416 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 sind ebenfalls mit dem internen Datenbus 402 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 bevorzugt verbunden. Die einen oder mehreren Generatoren für Zufallszahlen (QRNG) 415 erzeugen bevorzugt und typischerweise auf Anfrage des Mikrocontrollerkerns 416 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 eine oder mehrere Zufallszahlen. Bevorzugt erzeugen ein oder mehrere der einen oder mehreren Mikrocontrollerkerne 416 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 mit Hilfe eines jeweiligen Programms aus einem oder mehreren ihrer Speicherelemente der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 und mit Hilfe einer oder mehrerer der erzeugten Zufallszahlen einen oder mehrere Schlüssel. Typischerweise verschlüsseln und/oder entschlüsseln ein oder mehrere Mikrocontrollerkerne 416 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 mit Hilfe eines jeweiligen Programms des betreffenden Mikrocontrollerkerns 416, das jeweils aus einem oder mehreren ihrer Speicherelemente stammt, und mit Hilfe eines jeweiligen Schlüssels der erzeugten Schlüssel Daten, die diese Mikrocontrollerkerne 416 typischerweise über eine oder mehrere Datenschnittstellen der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 der einen oder mehreren Datenschnittstellen der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 mit Vorrichtungen außerhalb der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 austauschen.The document presented here thus proposes an exemplary single-
In einer Weiterbildung der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 umfassen die Speicherelemente der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 ein oder mehrere Schreib/Lese-Speicher RAM 403 und/oder ein oder mehrere beschreibbare nicht flüchtige Speicher, insbesondere EEPROM-Speicher 404 und/oder Flash-Speicher 404 und/oder OTP-Speicher 404, und/oder ein oder mehrere reine Lesespeicher und/oder ein oder mehrere nicht flüchtige Herstellerspeicher. Der eine Halbleiterspeicher oder die mehreren Hersteller-Speicher der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 können beispielsweise ein oder mehrere Hersteller-ROMs 406 und/oder ein oder mehrere Hersteller EEPROMs und/oder ein oder mehrere Hersteller-Flash-Speicher umfassen.In a development of exemplary single-
In einer zweiten Weiterbildung umfasst der Herstellerspeicher der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 und zwar insbesondere ein Hersteller-ROM 406 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 die Boot-Software für den Start des Mikrocontrollerkerns 416 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401, um die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 sicher zu starten.In a second development, the manufacturer memory of the example single
In einer dritten Weiterbildung weist die beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 eine Hersteller-Speicher Firewall 408 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 zwischen dem Hersteller-Speicher 406 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 und den internen Datenbus 402 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 auf, die den Zugriff auf den Hersteller-Speicher 406 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 ohne Authentifizierung verhindert.In a third development, the example single-
In einer vierten Weiterbildung weist die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 eine oder mehrere der folgenden Komponenten auf: Eine Basistakterzeugung 421 (CLK), eine Taktgeneratorschaltung 412, eine Rücksetzschaltung 422, eine Stromversorgungs- oder eine Vcc-Schaltung 423 mit Spannungsreglern, die die Betriebsspannungen zumindest für die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 bereitstellen, eine Masseschaltung 424, eine Eingangs-/Ausgangsschaltung 425, ein oder mehrere Verarbeitungsmodule. Dabei kommunizieren die Verarbeitungsmodule der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 mit dem internen Datenbus 402 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 und damit typischerweise mit einem Mikrocontrollerkern 416 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401. Bevorzugt umfassen die Verarbeitungsmodule der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 eines oder mehrere der folgenden Module: Ein CRC-Modul (Cyclic Redundancy Check) 411 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401, ein Taktgeneratormodul 412 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401, einen Kryptobeschleuniger 407 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401, insbesondere einen DES-Beschleuniger und/oder einen AES-Beschleuniger 407, ein oder mehrere Zeitgeber-Module 413 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401, ein oder mehrere Sicherheitsüberwachungs- und - steuerungsschaltungen 414 (der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401) der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401, sowie, ein oder mehrere Datenschnittstellen der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401, insbesondere einen Universellen Asynchronen Receiver Transmitter (UART) 417.
In einer weiteren Weiterbildung der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 ist zumindest eine Datenschnittstelle der einen oder mehreren Datenschnittstellen der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 eine drahtgebundene automobile Datenbusschnittstelle. In dem Fall kann die drahtgebundene automobile Datenbusschnittstelle beispielsweise eine CAN-Datenbusschnittstelle oder eine CAN-FD-Datenbusschnittstelle oder eine Flexray-Datenbusschnittstelle oder eine PSl5-Datenbusschnittstelle oder eine DSl3-Datenbusschnittstelle oder eine LIN-Datenbusschnittstelle oder eine Ethernet-Datenbusschnittstelle oder eine LIN-Datenbusschnittstelle oder eine MELIBUS-Datenbusschnittstelle sein.
In einer weiteren Weiterbildung der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 ist zumindest eine Datenschnittstelle der einen oder mehreren Datenschnittstellen der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 eine drahtlose Datenbusschnittstelle. Die drahtlose Datenbusschnittstelle kann beispielsweise eine WLAN-Schnittstelle oder eine Bluetooth-Schnittstelle sein.
In einer weiteren Weiterbildung der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 ist zumindest eine Datenschnittstelle der einen oder mehreren Datenschnittstellen der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 eine drahtgebundene Datenbusschnittstelle. Die drahtlose Datenbusschnittstelle der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 kann beispielsweise eine KNX-Datenbusschnittstelle oder eine EIB-Datenbusschnittstelle oder eine DALI-Datenbusschnittstelle oder eine PROFIBUS-Datenbusschnittstelle sein.In a fourth development, the exemplary single-
In a further development of exemplary single-
In a further development of the exemplary single
In a further development of the exemplary single
Bevorzugt weist die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 ein oder mehrere drahtlose Datenschnittstellen 426 für die Kommunikation mit anderen Rechnersystemen auf. Beispielsweise kann die Kommunikation der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 über eine jeweilige Antenne 427 einer jeweiligen drahtlosen Schnittstelle 426 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 erfolgen. Dabei sendet die Antenne 427 ein elektromagnetisches Datensignal 428 aus, das die Einzelphotonensendevorrichtung 401 mit einer Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 drahtgebunden oder drahtlos austauscht. Im Falle eines Autoschlüssels als Einzelphotonensendevorrichtung 401 tauscht der Autoschlüssel 401 Daten mit der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 bevorzugt mittels einer drahtlosen Datenschnittstelle 426 und deren Antenne 427 aus.
Für die Erzeugung eines polarisationsmodulierten Einzelphotonenstrahls 452 verfügt die Einzelphotonensendevorrichtung 401 bevorzugt über eine Ansteuerungsvorrichtung 429 für die Einzelphotonenquellen 436, 437, 438, 439,440. Der Mikrocontrollerkern 416 steuert die Ansteuerungsvorrichtung 429 über den internen Datenbus 402. Der Mikrocontrollerkern 416 kann dazu Konfigurationsdaten der Ansteuerungsvorrichtung 429 mittels des internen Datenbusses 402 zur Ansteuerungsvorrichtung 429 übertragen und Statusinformationen der Ansteuerungsvorrichtung 429 über den Datenbus 402 lesen. Solche Statusinformationen können beispielsweise Messdaten der Einzelphotonenquellen 436 bis 440 oder von Vorrichtungsteile sein, die mit diesen zusammenhängen. Eine Steuerleitung 430 verbindet die Ansteuervorrichtung 429 mit einem einstellbaren Spannungsregler 442. Die Ansteuervorrichtung 429 stellt mittels der Steuerleitung 430 die Spannung zwischen einer Versorgungspannungsleitung 441 der Einzelphotonenquellen 436, 437, 438, 439,440 und einem Bezugspotenzial ein. Das Bezugspotenzial ist typischerweise ein internes Massepotenzial einer internen Masseleitung der Einzelphotonensendevorrichtung 401. Der einstellbare Spannungsregler 442 erzeugt aus dem Potenzial der Versorgungsspannungsleitung 443 das von der Ansteuervorrichtung 429 eingestellte Potenzial der Versorgungspannungsleitung 441 der Einzelphotonenquellen 436, 437, 438, 439,440 gegenüber dem internen Bezugspotenzial der Einzelphotonensendevorrichtung 401.
Die Einzelphotonensendevorrichtung 401 umfasst eine oder mehrere Energieversorgungen 442 für die Einzelphotonenquellen 436 bis 440 bzw. n Einzelphotonenquellen. Die Energiequelle, beispielsweise eine Schlüsselbatterie, versorgt die Energieversorgung 442 der Einzelphotonenquellen 436 bis 440 mit elektrischer Energie über eine Leuchtmittel Versorgungsspannungsleitung 443. Die Energieversorgung 442 regelt die Betriebsspannung der Einzelphotonenquellen 436 bis 440 vorzugsweise mittels eines Linearreglers, um möglichst keine Störungen hervorzurufen. Ggf. führt die Ansteuerungsvorrichtung für die Einzelphotonenquellen 436, 437, 438, 439,440 die Regelung der Spannung zwischen der Versorgungspannungsleitung 441 der Einzelphotonenquellen und einem Bezugspotenzial (typischerweise Masse) während der Erzeugung eines QKD-Schlüssels nicht nach, um keine Störungen durch die Regelung zu verursachen. Bevorzugt umfasst die Energieversorgung 442 eine kleine Energiereserve, beispielsweise einen Kondensator, zu Stabilisierung.The exemplary single
For the generation of a polarization-modulated single-
The single
Die Versorgungsspannungsleitung 441 verbindet die jeweiligen Verbraucher innerhalb der Einzelphotonensendevorrichtung 401 mit einer oder mehreren Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltungen 423 mit Spannungsreglern, die die Betriebsspannungen für das Mikrocontroller-System der Einzelphotonensendevorrichtung 401 und der polarisationsmodulierten Einzelphotonensender der Einzelphotonensendevorrichtung 401 bereitstellen. Die Versorgungsspannungsleitung 441 kann auch mehrere Leitungen umfassen, die beispielsweise jeweils einen Verbraucher elektrischer Energie, also eine Teilvorrichtung der Einzelphotonensendevorrichtung 401, mit jeweils einem Spannungsregler bzw. einer Stromquelle der einen oder mehreren Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltungen 423 verbinden. Der einstellbare einstellbaren Spannungsregler 442 baut die Spannung zwischen dem Potenzial der Versorgungsspannungsleitung 443 soweit ab, dass das Potenzial der Versorgungspannungsleitung 441 der Einzelphotonenquellen 436, 437, 438, 439,440 gegenüber dem internen Bezugspotenzial der Einzelphotonensendevorrichtung 401 ausreicht, dass die Einzelphotonensendevorrichtung 401 so gerade eben alle Einzelphotonenquellen 436 bis 440 betreiben kann. Die Einzelphotonenquellen 436 bis 440 umfassen jeweils Leuchtmittel 464 und jeweilige Stromquellen 463 der jeweiligen Einzelphotonenquelle der Einzelphotonenquellen 436 bis 440. Die Stromquelle463 stellt die Einzelphotonenrate des jeweiligen zugehörigen Leuchtmittels 464 ihrer Einzelphotonenquelle der Einzelphotonenquellen 436 bis 440 in Abhängigkeit von Signalisierungen der ihr zugehörigen Steuerleitung der Steuerleitungen 431 bis 435 für die zugehörige Stromquelle 463 der zugehörigen Einzelphotonenquelle der Einzelphotonenquellen 436 bis 440 ein. Die jeweiligen Stromquellen 463 der jeweilige Einzelphotonenquellen 436 bis 440 führen die eigentliche Einstellung der Photonendichte der Lichtabstrahlung der Einzelphotonenquellen 436 bis 440 durch. Die jeweiligen Stromquellen 463 der jeweilige Einzelphotonenquellen 436 bis 440 führen diese Einstellung in Abhängigkeit von mittels der jeweiligen Steuerleitung der Steuerleitungen 431 bis 435 durch die Ansteuervorrichtung 429 übermittelten Steuerdaten für die Einzelphotonenquellen 436 bis 440 durch.The
Der Mikrocontrollerkern 416 steuert die Ansteuervorrichtung 429 bevorzugt über den internen Datenbus 402. Der Mikrocontrollerkern 416 tauscht bevorzugt mit der Ansteuerungsvorrichtung 429 Daten über den internen Datenbus 402 aus.The
Eine erste Steuerleitung 431 verbindet die Ansteuervorrichtung 429 mit der ersten Stromquelle 463 der ersten Einzelphotonenquelle 436. Über die erste Steuerleitung 431 für die erste Stromquelle 463 der ersten Einzelphotonenquelle 436 steuert die Ansteuervorrichtung 429 den elektrischen Strom durch die erste Stromquelle 463 der ersten Einzelphotonenquelle 436. Damit steuert die Ansteuervorrichtung 429 den elektrischen Strom durch das erste Leuchtmittel 464 der ersten Einzelphotonenquelle 436 mittels der ersten Steuerleitung 431. Auf diese Weise steuert die Ansteuervorrichtung 429 das polarisierte erste Leuchtmittel 464 der ersten Einzelphotonenquelle 436. Das erste Leuchtmittel 464 der ersten Einzelphotonenquelle 436 strahlt entweder direkt polarisierte Einzelphotonen ab oder strahlt Einzelphotonen unterschiedlicher Polarisationen ab, die Polarisationsfilter oder polarisierende optische Funktionsmittel im nachfolgenden Strahlengang dann polarisieren. Bevorzugt meldet die erste Steuerleitung 431 ggf. auch Statusdaten und/oder Messwerte und/oder andere Zustandsparameter in digitaler oder analoger Form der ersten Einzelphotonenquelle 436 und derer Teilvorrichtungen über die Ansteuerungsvorrichtung 429 für die Einzelphotonenquellen 436, 437, 438, 439,440 an den Mikrocontrollerkern 416 zurück. Die erste Steuerleitung 431 kann ein oder mehrere digitale oder analoge Signalleitungen umfassen.A
Eine zweite Steuerleitung 432 verbindet die Ansteuervorrichtung 429 mit der zweiten Stromquelle 463 der zweiten Einzelphotonenquelle 437. Über die zweite Steuerleitung 432 für die zweite Stromquelle 463 der zweiten Einzelphotonenquelle 437 steuert die Ansteuervorrichtung 429 den elektrischen Strom durch die zweite Stromquelle 463 der zweiten Einzelphotonenquelle 437. Damit steuert die Ansteuervorrichtung 429 den elektrischen Strom durch das zweite Leuchtmittel 464 der zweiten Einzelphotonenquelle 437 mittels der zweiten Steuerleitung 432. Auf diese Weise steuert die Ansteuervorrichtung 429 das polarisierte zweite Leuchtmittel 464 der zweiten Einzelphotonenquelle 437. Das zweite Leuchtmittel 464 der zweiten Einzelphotonenquelle 437 strahlt entweder direkt polarisierte Einzelphotonen ab oder strahlt Einzelphotonen unterschiedlicher Polarisationen ab, die Polarisationsfilter oder polarisierende optische Funktionsmittel im nachfolgenden Strahlengang dann polarisieren. Bevorzugt meldet die zweite Steuerleitung 432 ggf. auch Statusdaten und/oder Messwerte und/oder andere Zustandsparameter in digitaler oder analoger Form der zweiten Einzelphotonenquelle 437 und derer Teilvorrichtungen über die Ansteuerungsvorrichtung 429 für die Einzelphotonenquellen 436, 437, 438, 439,440 an den Mikrocontrollerkern 416 zurück. Die zweite Steuerleitung 432 kann ein oder mehrere digitale oder analoge Signalleitungen umfassen.A
Eine dritte Steuerleitung 433 verbindet die Ansteuervorrichtung 429 mit der dritten Stromquelle 463 der dritten Einzelphotonenquelle 438. Über die dritte Steuerleitung 433 für die dritte Stromquelle 463 der dritten Einzelphotonenquelle 438 steuert die Ansteuervorrichtung 429 den elektrischen Strom durch die dritte Stromquelle 463 der dritten Einzelphotonenquelle 438. Damit steuert die Ansteuervorrichtung 429 den elektrischen Strom durch das dritte Leuchtmittel 464 der dritten Einzelphotonenquelle 438 mittels der dritten Steuerleitung 433. Auf diese Weise steuert die Ansteuervorrichtung 429 das polarisierte dritte Leuchtmittel 464 der dritten Einzelphotonenquelle 438. Das dritte Leuchtmittel 464 der dritten Einzelphotonenquelle 438 strahlt entweder direkt polarisierte Einzelphotonen ab oder strahlt Einzelphotonen unterschiedlicher Polarisationen ab, die Polarisationsfilter oder polarisierende optische Funktionsmittel im nachfolgenden Strahlengang dann polarisieren. Bevorzugt meldet die dritte Steuerleitung 433 ggf. auch Statusdaten und/oder Messwerte und/oder andere Zustandsparameter in digitaler oder analoger Form der dritten Einzelphotonenquelle 438 und derer Teilvorrichtungen über die Ansteuerungsvorrichtung 429 für die Einzelphotonenquellen 436, 437, 438, 439,440 an den Mikrocontrollerkern 416 zurück. Die dritte Steuerleitung 433 kann ein oder mehrere digitale oder analoge Signalleitungen umfassen.A
Eine vierte Steuerleitung 434 verbindet die Ansteuervorrichtung 429 mit der vierten Stromquelle 463 der vierten Einzelphotonenquelle 439. Über die vierte Steuerleitung 434 für die vierte Stromquelle 463 der vierten Einzelphotonenquelle 439 steuert die Ansteuervorrichtung 429 den elektrischen Strom durch die vierte Stromquelle 463 der vierten Einzelphotonenquelle 439. Damit steuert die Ansteuervorrichtung 429 den elektrischen Strom durch das vierte Leuchtmittel 464 der vierten Einzelphotonenquelle 439 mittels der vierten Steuerleitung 434. Auf diese Weise steuert die Ansteuervorrichtung 429 das polarisierte vierte Leuchtmittel 464 der vierten Einzelphotonenquelle 439. Das vierte Leuchtmittel 464 der vierten Einzelphotonenquelle 439 strahlt entweder direkt polarisierte Einzelphotonen ab oder strahlt Einzelphotonen unterschiedlicher Polarisationen ab, die Polarisationsfilter oder polarisierende optische Funktionsmittel im nachfolgenden Strahlengang dann polarisieren. Bevorzugt meldet die vierte Steuerleitung 434 ggf. auch Statusdaten und/oder Messwerte und/oder andere Zustandsparameter in digitaler oder analoger Form der vierten Einzelphotonenquelle 439 und derer Teilvorrichtungen über die Ansteuerungsvorrichtung 429 für die Einzelphotonenquellen 436, 437, 438, 439,440 an den Mikrocontrollerkern 416 zurück. Die vierte Steuerleitung 435 kann ein oder mehrere digitale oder analoge Signalleitungen umfassen.A
In dem Beispiel der
In den Beispielen der
Die Einzelphotonensendevorrichtung 401 kann n Einzelphotonenquellen mit n als ganzer positiver Zahl größer 1 aufweisen. Dieser allgemeine fall ist in den
Sofern die Einzelphotonensendevorrichtung 401 n Einzelphotonenquellen umfasst, verbindet eine n-te Steuerleitung die Ansteuervorrichtung 429 mit der n-ten Stromquelle 463 der n-ten Einzelphotonenquelle. Über die n-te Steuerleitung für die n-te Stromquelle 463 der n-ten Einzelphotonenquelle steuert die Ansteuervorrichtung 429 den elektrischen Strom durch die n-te Stromquelle 463 der n-ten Einzelphotonenquelle. Damit steuert die Ansteuervorrichtung 429 den elektrischen Strom durch das n-te Leuchtmittel 464 der n-ten Einzelphotonenquelle mittels der n-ten Steuerleitung. Auf diese Weise steuert die Ansteuervorrichtung 429 das polarisierte n-te Leuchtmittel 464 der n-ten Einzelphotonenquelle. Das n-te Leuchtmittel 464 der n-ten Einzelphotonenquelle strahlt entweder direkt polarisierte Einzelphotonen ab oder strahlt Einzelphotonen unterschiedlicher Polarisationen ab, die Polarisationsfilter oder polarisierende optische Funktionsmittel im nachfolgenden Strahlengang dann polarisieren. Bevorzugt meldet die n-te Steuerleitung ggf. auch Statusdaten und/oder Messwerte und/oder andere Zustandsparameter in digitaler oder analoger Form der n-ten Einzelphotonenquelle und derer Teilvorrichtungen über die Ansteuerungsvorrichtung 429 für die Einzelphotonenquellen mit k=1 bis n an den Mikrocontrollerkern 416 zurück. Die n-te Steuerleitung kann ein oder mehrere digitale oder analoge Signalleitungen umfassen.If the single-
Die erste Einzelphotonenquelle 436 umfasst typischerweise ein polarisiertes erstes Leuchtmittel 464 und eine erste Stromquelle 463. Zur besseren Übersicht sind diese Vorrichtungsteile in den
Die zweite Einzelphotonenquelle 437 umfasst typischerweise ein polarisiertes zweites Leuchtmittel 464 und eine zweite Stromquelle 463. Zur besseren Übersicht sind diese Vorrichtungsteile in den
The second
Die dritte Einzelphotonenquelle 438 umfasst typischerweise ein polarisiertes drittes Leuchtmittel 464 und eine dritte Stromquelle 463. Zur besseren Übersicht sind diese Vorrichtungsteile in den
Die vierte Einzelphotonenquelle 439 umfasst typischerweise ein polarisiertes viertes Leuchtmittel 464 und eine vierte Stromquelle 463. Zur besseren Übersicht sind diese Vorrichtungsteile in den
Die in dem Beispiel der Figur beispielhaft zusätzlich gezeigte fünfte Einzelphotonenquelle 440 umfasst typischerweise ein polarisiertes fünftes Leuchtmittel 464 und eine fünfte Stromquelle 463. Die fünfte Stromquelle 463 bestromt das fünfte Leuchtmittel 464 der fünften Einzelphotonenquelle 440 so kurz und mit so geringer Energie, dass das fünfte Leuchtmittel 464 der fünften Einzelphotonenquelle 440 im Wesentlichen nur einzelne, räumlich und zeitlich voneinander getrennte Photonen aussendet. Bevorzugt ist diese Bestromung des fünften Leuchtmittels 464 der fünften Einzelphotonenquelle 440 durch die fünfte Stromquelle 463 der fünften Einzelphotonenquelle 440 kürzer als 1ns, besser kürzer als 500ps, besser kürzer als 200ps, besser kürzer als 100ps, besser kürzer als 50ps, besser kürzer als 20ps, besser kürzer als 10ps, besser kürzer als 5ps, besser kürzer als 2ps, besser kürzer als 1ps. Ganz besonders bevorzugt ist diese Bestromung des fünften Leuchtmittels 464 der fünften Einzelphotonenquelle 440 durch die fünfte Stromquelle 463 der fünften Einzelphotonenquelle 440 kürzer als 10ps.
Im nicht in den Figuren gezeigten Fall von n Einzelphotonenquellen als Teil der Einzelphotonensendevorrichtung 401 umfasst die n-te Einzelphotonenquelle typischerweise ein polarisiertes n-tes Leuchtmittel 464 und eine n-te Stromquelle 463. Die n-te Stromquelle 463 bestromt das n-te Leuchtmittel 464 der n-en Einzelphotonenquelle bevorzugt so kurz und mit so geringer Energie, dass das n-te Leuchtmittel 464 der n-ten Einzelphotonenquelle im Wesentlichen nur einzelne, räumlich und zeitlich voneinander getrennte Einzelphotonen aussendet. Bevorzugt ist diese Bestromung des n-ten Leuchtmittels 464 der n-ten Einzelphotonenquelle durch die n-te Stromquelle 463 der n-ten Einzelphotonenquelle kürzer als 1ns, besser kürzer als 500ps, besser kürzer als 200ps, besser kürzer als 100ps, besser kürzer als 50ps, besser kürzer als 20ps, besser kürzer als 10ps, besser kürzer als 5ps, besser kürzer als 2ps, besser kürzer als 1ps. Ganz besonders bevorzugt ist diese Bestromung des n-ten Leuchtmittels 464 der n-ten Einzelphotonenquelle durch die n-te Stromquelle 463 der n-ten Einzelphotonenquelle kürzer als 10ps.The fourth single-
The fifth
In the case of n single photon sources as part of the single
In dem Beispiel der
Ein Problem sind unterschiedliche Einzelphotonendichten der Einzelphotonenquellen 436 bis 440 der Einzelphotonensendevorrichtung 401. Um dieses Problem zu lösen, verfügt die Einzelphotonensendevorrichtung 401 bevorzugt über einen ersten Strahlteiler 448 im Sendepfad der Einzelphotonensendevorrichtung 401 und einen Fotodetektor 451. Der erste Strahlteiler 448 des Sendepfads dient zur Abzweigung einiger Photonen zur Messung der Photonenrate. Bevorzugt entfernt ein Aktor, den der Mikrokontrollerkern 416 mittels einer Aktor-Steuerung über den internen Datenbus 402 ansteuert, den Strahlteiler oder Spiegel 448 aus dem Strahlengang des Senders, wenn die Kalibration der Photonenraten der Einzelphotonenquellen 436 bis 440 beendet ist. Der Mikrocontrollerkern 416 nutz den Fotodetektor 451, um die Photonendichte im Strahlengang 449 der Einzelphotonensendevorrichtung 401 zu ermitteln. Ein potenzielles Problem ist nämlich, dass die gesendete Polarisation der Einzelphotonen nicht mit der zeitlichen Dichte der Einzelphotonen, also der Anzahl der Einzelphotonen pro Sekunde, verknüpft sein darf. Daher fügt der Mikrocontrollerkern 416 beispielsweise mittels eines Aktors, den er über den internen Datenbus 402 steuert, den Spiegel 448 in den Strahlengang 446 der Einzelphotonensendevorrichtung 401 ein. Der Mikrocontrollerkern 416 erfasst dann mit Hilfe des Fotodetektors 451 die Einzelphotonendichte im Strahlengang 449 des der Einzelphotonensendevorrichtung 401. Dabei betreibt der Mikrocontrollerkern 416 jeweils immer eine Einzelphotonenquelle der Einzelphotonenquellen 436 bis 440 der Einzelphotonensendevorrichtung 401 und erfasst eine dieser Einzelphotonenquelle zugehörige Einzelphotonendichte. Ein Empfangssignal 453 des Fotodetektors 451 verbindet den Fotodetektor 451 mit einer Auswerteschaltung 454 des Fotodetektors 451. Die Auswerteschaltung 454 ist bevorzugt über den internen Datenbus 402 mit dem Mikrocontrollerkern 416 gekoppelt. Die Auswerteschaltung 454 des Fotodetektors 451 erfasst die Werte des Empfangssignals 453 des Fotodetektors 451, die von den Einzelphotonen im Strahlengang der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 401 vom ersten Strahlteiler oder Spiegel 448 bis zum Fotodetektor 451 abhängen, wandelt diese bevorzugt in digitalisierte Werte, beispielsweise mit Hilfe eines Analog-zu-Digitalwandlers ADC um und vermittelt die so erfassen Messwerte betreffend die Einzelphotonen im Strahlengang der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 401 vom ersten Strahlteiler oder Spiegel 448 bis zum Fotodetektor 451 an den Mikrokontrollerkern 416 über den internen Datenbus 402. Der Mikrocontrollerkern 416 steuert dann die Stromquellen 463 der jeweiligen Einzelphotonenquellen 436 bis 440 so nach, dass die vom Fotodetektor 451 mittels des Werts des Empfangssignals 453 des Fotodetektors 451 erfasste Einzelphotonendichte einer Einzelphotonenquelle der Einzelphotonenquellen 436 bis 440 der Einzelphotonensendevorrichtung 401 zu Ersten innerhalb eines vorgesehenen Einzelphotonendichtebereichswertintervalls liegt und zum Zweiten sich um nicht mehr als 10%, besser 5%, besser 2%, besser 1%, besser 0,5%, besser 0,2%, besser 0,1%, besser 0,05%, besser 0,02%, besser 0,01% von den Einzelphotonendichten aller anderen Einzelphotonenquellen der Einzelphotonenquellen 436 bis 440 der Einzelphotonensendevorrichtung 401 unterscheidet. Nachdem die Einzelphotonendichten der verschiedenen Einzelphotonenquellen der Einzelphotonensendevorrichtung 401 kalibriert sind, entfernt bevorzugt der Mikrocontrollerkern 416 den Spiegel 446 wieder aus dem Strahlengang 449 der Einzelphotonensendevorrichtung 401, der dann die Einzelphotonen im Strahlengang 449 der Einzelphotonensendevorrichtung 401 als QKD-Kopplungsstrahl 452 zu einem Empfänger, beispielsweise einer Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601, strahlt.
In vielen Anwendungsfällen ist die Einzelphotonensendevorrichtung 401 ein mobiles Gerät. Beispielsweise kann es sich bei der Einzelphotonensendevorrichtung 401um ein Mobiltelefon oder ein Smartphone oder einen Laptop oder einen Tablet-PC oder einen Schlüssel oder einen Fahrzeugschlüssel oder einen Sicherungsschlüssel für eine Waffe oder eine andere militärische Vorrichtung oder einen Schlüssel zur Aktivierung und/oder Steuerung eines Flug- oder Schiffskörpers oder eines Geschosses oder einen Zugangsschlüssel zu einem gesicherten Bereich oder zu einem Tresor oder einem Safe oder einen Aktivierungsschlüssel für eine gesicherte mechanische Vorrichtung oder um einen Aktivierungsschlüssel für ein geschütztes Verfahren, dass beispielsweise eine gesicherte Vorrichtung (z.B. 601) ausführen soll, oder um einen Aktivierungsschlüssel für eine geschützte Vorrichtung (z.B. 601), die beispielsweise ein gesichertes Verfahren ausführen soll, oder dergleichen handeln.
Im Falle eines Schlüssels umfasst die Einzelphotonenvorrichtung (401) bevorzugt eine Mensch-Maschine-Schnittstelle 465 (HMI-Schnittstelle mit HMI=Human Machine Interface), um eine Kommunikation zwischen der Einzelphotonensendevorrichtung 401 einerseits und der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 des QKD-gekoppelten zu steuernden Geräts (z.B. eines Autos 802) mit einer das System bedienenden Person zu ermöglichen. Als Beispiel nimmt die hier vorgelegte Schrift einen Autoschlüssel als Einzelphotonensender 401 und ein beispielhaftes Auto 802 als zu kontrollierendes Gerät mit einer Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601. In Sinne der hier vorgelegten Schrift verbindet die HMI-Schnittstelle (HMI=Human Machine Interface) 465 ein Eingabeterminal 466 für die Interaktion mit einer benutzenden Person mit dem Mikrocontrollerkern 416 über den internen Datenbus 402 der Einzelphotonensendevorrichtung 401. Das Eingabeterminal 466 der Einzelphotonensendevorrichtung 401 kann beispielsweise im Falle eines Autoschlüssels bevorzugt ein oder mehrere Taster 467 oder Schalter 467 oder andere mechanische Eingabevorrichtungen für manuelle Eingaben umfassen. Auch kann das Eingabeterminal 466 der Einzelphotonensendevorrichtung 401 beispielsweise im Falle eines Autoschlüssels bevorzugt ein oder mehrere biometrische Sensoren 468 umfassen. Bei den biometrische Sensoren 468 kann es sich beispielsweise um einen oder mehrere Fingerabdrucksensoren und/oder ein oder mehrere Kameras und/oder um eine oder mehrere Mikrofone und/oder ein oder mehrere Sprachanalysevorrichtungen und/oder ein oder mehrere Sprechererkennungsvorrichtungen und/oder ein oder mehrere Gesichtserkennungsvorrichtungen und/oder einen oder mehrere Retina-Scanner oder dergleichen handeln. Auch kann das Eingabeterminal 466 der Einzelphotonensendevorrichtung 401 beispielsweise im Falle eines Autoschlüssels bevorzugt ein oder mehrere Aktoren 470 für Rückmeldungen der Einzelphotonensendevorrichtung 401 an die benutzende Person handeln. Ein Aktor 470 im Sinne der hier vorgelegten Schrift kann beispielsweise ein mechanischer Vibrationsgeber oder ein Lautsprecher oder ein Piepser oder ein anderer Schallwandler oder ein Heizer oder dergleichen sein. Der Aktor470 dient typischerweise der Übermittlung eines mechanischen Signals an den Benutzer. Er kann aber auch deren mechanischen Zwecken dienen. Neben diesen mechanisch/ thermischen Rückkopplungen kann das Eingabeterminal 466 der Einzelphotonensendevorrichtung 401 beispielsweise im Falle eines Autoschlüssels bevorzugt ein oder mehrere optische Signalisierungsmittel 469 beispielsweise in Form eines optischen Ausgabeelements für Signalisierungen an einen Nutzer umfassen. Die optischen Signalisierungsmittel 469 können ein oder mehrere Bildschirme und/oder ein oder mehrere Leuchtmittel und/oder ein oder mehrere Mittel, die ihre Absorptionseigenschaften ändern, wie beispielsweise LCD-Anzeigen oder e-Ink-Anzeigen umfassen. Bevorzugt umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung 401 ein oder mehrere Mittel 1409 zur Identifikation einer die Einzelphotonensendevorrichtung 401 benutzende Person. Beispielsweise kann es sich bei eine der Mittel 1409 zur Identifikation einer die Einzelphotonensendevorrichtung 401 benutzende Person um eine SIM-Karte (SIM=Subscriber Identification Module) handeln. Ggf. kann die Einzelphotonensendevorrichtung 401 also ein Mobiltelefon oder ein Smartphone sein. Eine der drahtlosen Datenschnittstellen der Einzelphotonensendevorrichtung 401 kann somit beispielsweise eine Mobilfunkdatenschnittstelle in ein Mobilfunknetz oder ein WLAN-Netz oder dergleichen sein. Es kann daher u.a. auch sinnvoll sein, wenn die Einzelphotonensendevorrichtung 401 einen Authentifizierungsdatenkanal zu dem Server eines Service-Anbieters, beispielsweise eines Automobilherstellers, über diese Schnittstelle aufbaut.In the example of
One problem is different single photon densities of the
In many applications, the single
In the case of a key, the single photon device (401) preferably comprises a human-machine interface 465 (HMI interface with HMI=Human Machine Interface) in order to enable communication between the single
Die
Kern des der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 ist ein Mikrocontrollerkern 616. Wesentliche Teile der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 sind bevorzugt auf einem Halbleitersubstrat mikrointegriert. Bevorzugt sind diese Teile in einer CMOS-, BiCMOS- oder Bipolartechnologie gefertigt. Die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfasst bevorzugt einen oder mehrere interne Datenbusse 602, über die der Mikrocontrollerkern 616 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 bevorzugt die interne Datenkommunikation abwickelt. Des Weiteren umfasst die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 bevorzugt ein oder mehrere Schreib/Lese-Speicher RAM 603 zur Speicherung und zur Bereitstellung und Nutzung von Daten und Programmbefehlen durch den Mikrocontrollerkern 616 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601. Außerdem weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 bevorzugt ein oder mehrere beschreibbare nicht flüchtige Speicher 604 auf. Diese nichtflüchtigen Speicher können beispielsweise EEPROM-Speicher 604 oder Flash-Speicher 604 oder OTP-Speicher 604 umfassen. Des Weiteren weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 bevorzugt ein oder mehrere nicht flüchtige, reine Lese-Speicher 605, wie beispielsweise ein ROM 605, auf. Diese beinhalten bevorzugt Programmcode und Programmdaten für den Mikrocontrollerkern 616, der diesen Programmcode typischerweise abarbeitet. Programmcode und Programmdaten können auch in dem ein oder mehreren beschreibbaren nicht flüchtigen Speichern 604 abgelegt sein.
Die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfasst bevorzugt einen oder mehrere nicht flüchtige, beschreibbare und/oder nicht beschreibbare Hersteller-Speicher 606. Im Falle eines nicht beschreibbaren Hersteller-Speichers 606 kann der Hersteller-Speicher 606 beispielsweise ein Hersteller-ROM sein. Des Weiteren umfasst die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 bevorzugt ein oder mehrere Kryptografie-Beschleuniger 607, beispielsweise einen DES-Beschleuniger und/oder einen AES-Beschleuniger 607, um die Abarbeitung der Kryptografiealgorithmen durch den Mikrocontrollerkern 616 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 zu beschleunigen. Auch umfasst die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 bevorzugt ein oder mehrere Hersteller-Speicher-Firewalls 608, die den unautorisierten Zugriff auf den Herstellerspeicher 406 unterbinden und nur nach entsprechender Authentifizierung, beispielsweise mittels eines Passworts zulassen. Bevorzugt sperren die Hersteller-Speicher-Fire-Walls den Zugriff unwiderruflich, falls mehr als eine erlaubte Anzahl nicht erfolgreicher Zugriffsversuche auf den Herstellerspeicher 606 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 erfolgte. Eine weitere Vorrichtung zur Erhöhung der Effizienz können eine ein oder mehrere CRC-Module (Cyclic Redundancy Check) 611 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 sein. Diese berechnen für eine vorgegebene Menge an Daten ein CRC-Prüfdatenwort, wie es beispielsweise in vielen Datenkommunikationsprotokollen verwendet wird. Des Weiteren weist die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 601 typischerweise ein oder mehrere Taktgeneratormodule (Englisch Clock Driver, CLK) 612 auf, die die Systemtakte zum Betrieb der Vorrichtungsteile der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 bereitstellen. Die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfasst bevorzugt ein oder mehrere Zeitgeber-Module 613, die zeitliche Abläufe innerhalb der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 steuern. Bevorzugt umfasst die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 eine oder mehrere Sicherheitsüberwachungs- und - steuerungsschaltungen 614, die die Integrität der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 überwachen und ggf. Gegenmaßnahmen bei einem Angriff initiieren. Die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfasst bevorzugt zumindest einen bevorzugt quantenprozessbasierenden Generator für echte Zufallszahlen (Englisch: Quantum Random Number Generator: QRNG) 615. Ein solcher hat den Vorteil, dass die Entropie seiner Zufallszahl besonders gut für die Verschlüsselung geeignet ist. Typischerweise umfasst die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 ein oder mehrere 8/16/32/64-Bit-Microkontrollerkerne 616, die die Programme in dem Speicher der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 601 ausführen. Die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfasst bevorzugt ein oder mehrere optionale Datenschnittstellen 617, insbesondere einer oder mehreren Universellen Asynchronen Receiver Transmittern (UART) zur Unterstützung serieller Hochgeschwindigkeitsdaten, für die Datenkommunikation mit anderen Rechnersystemen.
The core of the single
The exemplary single
Ein oder mehrere Basistakterzeuger 621 (CLK) sind bevorzugt Teil der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601. Die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfasst bevorzugt ein oder mehrere Rücksetzschaltungen 622. Ein oder mehrere Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltungen 623 mit Spannungsreglern, die die Betriebsspannungen für das Mikrocontroller-System der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 und andere Teilvorrichtungen der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 bereitstellen. Bevorzugt umfassen die einen oder mehreren Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltungen 623 auch zumindest eine Energiereserve, beispielsweise eine Batterie oder einen Akkumulator. In manchen Anwendungen umfassen die einen oder mehreren Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltungen 623 auch eine Ladeschaltung und eine erste Ladespule, die typischerweise kein Vorrichtungsteil der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601, zur induktiven Kopplung an eine zweite Ladespule dienen, die bevorzugt Teil einer zur Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 externen Vorrichtung und/oder separat von der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 ist. Die externe Ladevorrichtung überträgt mittels einer induktiven Kopplung Energie von einem Energiesystem, beispielsweise einer Batterie oder einer Lichtmaschine oder dergleichen, oder von einem Energiesystem der externen Ladevorrichtung, beispielsweise einem Energiespeicher oder einem Generator oder einer Solarzelle oder einem Stromnetz oder dergleichen, mittels der Ladeschaltung der einen oder mehreren Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltungen 623 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 auf die Energiereserve der einen oder mehreren Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltungen 623 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 und/oder der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601. Die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 weist typischerweise eine oder mehrere Masseschaltungen 624 auf, die die Vorrichtung gegen Verpolung und Angriffe über die Masseleitung schützen. Die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfasst das Weiteren in der Regel ein oder mehrere Eingangs-/Ausgangsschaltungen 625, die es der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 gestatten, weitere Vorrichtungen anzusteuern oder auszulesen oder sonst wie mit diesen zu kommunizieren.
Bevorzugt umfasst die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 beispielsweise einen Mikrocontrollerkern 616, der so konfiguriert ist, dass er die sichere Authentifizierung eines Produkts erleichtert.Preferably, the example single
Der interne Datenbus 602 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 kann mehrere Datenbusse 602 für mehrere Mikrocontrollerkerne 616 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfassen, so dass diese mehreren Mikrocontrollerkerne 616 unabhängig voneinander gleichzeitig auf verschiedene Teilvorrichtungen der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 zugreifen können. In der Regel umfasst die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 aber nur einen internen Datenbus 602 und nur einen Mikrocontrollerkern 616. Der Mikrocontrollerkern 616 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 ist bevorzugt ein ARM-Prozessor oder dergleichen. Bevorzugt handelt es sich um einen 8-Bit- oder einen 16-Bit- oder einen 32 Bit- oder einen 64-Bit-Mikrocontrollerkern 616.The
Bevorzugt umfasst die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 ein oder mehrere Schreib/Lese-Speicher RAM 603. Hierbei kann es sich beispielsweise um SRAMs und/oder MRAMs und/oder FRAMS oder dergleichen handeln. Auch kann es sich bei den ein oder mehrere Schreib/Lese-Speicher RAM 603 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 ganz oder teilweise um dynamische Schreib/Lesespeicher wie beispielsweise DRAMs handeln, die der Mikrocontrollerkern 616 oder eine Refresh-Vorrichtung der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 in regelmäßigen Zeitabständen in einem Refresh-Zyklus lesen und wieder neu beschreiben. Für den Zugriff des Mikrocontrollerkerns 616 auf einen Speicher der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 kann die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 eine Zugriffslogik aufweisen, die diesen Refresh regelmäßig ausführt und diesen Zugriff steuert. Allerdings eröffnet ein DRAM typischerweise Möglichkeiten für einen Angriff und ist typischerweise eine mögliche Schwachstelle. Auf diese Schreib/Lese-Speicher RAM 603 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 kann bevorzugt der Mikrocontrollerkern 616 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 mittels des internen Datenbusses 602 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 zugreifen.The exemplary single-
Bevorzugt umfasst die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 ein oder mehrere beschreibbare und nicht flüchtige Speicher 604. Auf diese beschreibbaren und nicht flüchtigen Speicher 604 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 kann bevorzugt der Mikrocontrollerkern 616 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 mittels des internen Datenbusses 602 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 zugreifen. Diese nichtflüchtigen Speicher 604 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 können beispielsweise EEPROM-Speicher 604 oder Flash-Speicher 604 oder OTP-Speicher 604 umfassen. Hierbei steht OTP für Englisch One Time programmable, was nur einmal programmierbar bedeutet.The exemplary single
Eine Angriffsmöglichkeit kann das Löschen der nicht flüchtigen Speicher 604 mittels Strahlung, beispielsweise Röntgenstrahlung und/oder ionisierender Strahlung und/oder die Erhitzung von Speicherzellen sein. Hierzu weist die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 bevorzugt eine oder mehrere Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 614 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 auf, die die Datenintegrität der Speicherzellen der löschbaren Speicher 604 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 überwachen. Bevorzugt weisen die Speicherzellen der löschbaren Speicher 604 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 eine Redundanz in der Art auf, dass zumindest zwei Prüf-Bits für ein Datenwort, das bevorzugt ein Datenwort von 8 Bit Länge, also ein Byte, ist, vorgesehen sind und dass immer mindestens ein erstes Prüf-Bit den Inhalt 1 aufweisen muss und ein anderes, weites Prüf-Bit, das diesem ersten Prüf-Bit zugeordnet ist, den Inhalt 0 aufweisen muss. Beispielsweise kann das erste Prüf-Bit ein Parity-Bit des Bytes sein und das zweite Prüf-Bit das zum ersten Prüf-Bit inverse Bit des Parity-Bits. Erfolgt nun ein Angriff mit ionisierender Strahlung oder dergleichen, so setzt der Angriff beide Prüf-Bits auf den gleichen Wert zurück. Dies ist ein illegaler Zustand den die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 erkennen kann. Die eine oder mehrere Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 614 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 detektieren eine solche Abweichung und sperren ggf. die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 für weitere Zugriffe zumindest für einen vorzugsweise vorbestimmten Zeitraum.One possibility for an attack may be the erasure of the
Bevorzugt ist jedes Bit der Speicher der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 doppelt ausgelegt, so dass bevorzugt jedes logische Datenbit als Paar aus einem ersten physikalischen Datenbit mit einem ersten internen logischen Wert und einem zweiten physikalischen Datenbit mit einem zweiten internen logischen Wert realisiert ist. Dabei ist typischerweise der zweite interne logische Wert das logische Inverse des ersten internen logischen Werts. Dass dies immer so ist, überwachen wieder bevorzugt die eine oder mehrere Sicherheitsüberwachungs- und - steuerungsschaltungen 614 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601. Die eine oder mehrere Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 614 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 detektieren wieder Abweichungen und sperren beispielsweise bevorzugt ggf. die weitere Ausführung von Programmen oder bestimmten Programmteilen und/oder den Zugriff auf Daten beispielsweise für den Mikrocontrollerkern 616 im Falle von Abweichungen. Bevorzugt umfasst die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 eine oder mehrere Rücksetzschaltungen 622 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601. Die Rücksetzschaltungen 622 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 setzen jeweils die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 und/oder Teilvorrichtungen der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 in vordefinierte Zustände, wenn vorbestimmte oder bestimmbare Rücksetzbedingungen und/oder Kombinationen und/oder zeitliche Abfolgen solcher Rücksetzbedingungen vorliegen. Beispielsweise können diese Bedingungen beispielsweise Signalisierungen der einen oder mehreren Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 614 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 601 an eine oder mehrere Rücksetzschaltungen 622 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 sein. Auch können diese Bedingungen Änderungen und/oder Werte von elektrischen Knotenpotenzialen gegenüber dem Potenzial eines Bezugsknotens oder einer Bezugspotenzialleitung, also beispielsweise einer oder mehrerer Betriebsspannungen der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601, sein. Ein Watchdog-Timer kann Teil einer Rücksetzschaltung 622 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 sein. Des Weiteren können solche Bedingungen die Integrität des Gehäuses der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 betreffen. Bevorzugt umfasst das Gehäuse der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 einen Detektor für das Öffnen oder Beschädigen des Gehäuses der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601. Beispielsweise kann es sich hierbei um eine einzelne Leitung handeln, die beispielsweise als textiles Netzwerk die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umgibt oder bedeckt oder zumindest Teile der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 abdeckt. Auch kann es sich um ein Netzwerk von Leitungen handeln, die die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 ausschließlich zur Detektion eines Angriffs bedecken. Beispielsweise kann die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 mittels einer ersten Ein-/Ausgansleitung in eine oder mehrere solcher Leitungen jeweils einen elektrischen Strom einspeisen und diesen wieder an einer oder mehreren zweiten Ein-/Ausgangsleitungen entnehmen. Wird der Stromfluss unterbrochen, ist dies ein Hinweis auf einen Angriff den eine oder mehrere der einen oder mehreren Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 614 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 erkennen können und die daraufhin zum Beispiel dem Mikrocontrollerkern 616 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 diesen Angriff signalisieren. Beispielsweise können in einem solchen Fall des vermuteten Verletzens der Integrität des Gehäuses der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 eine oder mehrere der einen oder mehreren Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 614 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 den schreibenden und/oder lesenden Zugriff auf Speicherinhalte der Speicher der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 sperren und/oder solche Inhalte der Speicher der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 ganz oder teilweise löschen oder diese Inhalte der Speicher der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 auf vordefinierte Werte setzen oder mit unsinnigen Daten überschreiben oder sonst wie manipulieren. Die Speicher der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfassen bevorzugt ein oder mehrere nicht flüchtige, reine Lese-Speicher 605, wie beispielsweise ein ROM. In dem ROM der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 601 befinden sich bevorzugt konstruktionsseitig festgelegte Daten und/oder Programmbefehle. Bevorzugt weist die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 einen oder mehrere nicht flüchtige, beschreibbare und/oder nicht beschreibbare Hersteller-Speicher 606 auf, in die der Halbleiterhersteller oder ein anderer Zulieferer seine Produktions- und Sicherheitsdaten, wie beispielsweise Seriennummern etc. ablegen kann. Bevorzugt sperrt der Halbleiterhersteller nach Ausführung des letzten Produktionstests den Zugriff auf diesen beschreibbare und/oder nicht beschreibbaren nicht flüchtigen Hersteller-Speicher 606 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601. Bevorzugt ist der Zugriff auf den beschreibbare und/oder nicht beschreibbare Hersteller-Speicher 406 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 mittels eines oder mehrerer Herstellerpassworte möglich. In manchen Fällen ist ein Doppelschlüsselverfahren sinnvoll. In dem Fall speichert ein dem Halbleiterhersteller nachfolgender Kunde in einem ebenfalls für den Zugriff mit einem Kennwort sperrbaren Kundensperrregister der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 ein Kundenkennwort. Bevorzugt kann der Halbeiterhersteller nur mit dem Kundenkennwort und dem Halbleiterkennwort auf alle Speicherbereiche der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 zugreifen. Bevorzugt sieht der Halbleiterhersteller ein Analysekennwort vor, mittels dessen er eine oder mehrere der einen oder mehreren Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 614 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 veranlassen kann, typischerweise unter Zuhilfenahme der Rücksetzschaltung 622 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 die Kundeninhalte in den Speichern der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 zu löschen und dann alle Speicherbereiche der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 für die Analyse von Fehlern zugänglich zu machen. Im Falle eines nicht beschreibbaren Hersteller-Speichers der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 kann der Hersteller-Speicher 606 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 beispielsweise ein Hersteller-ROM sein, dessen Inhalt beispielsweise bei der Fertigung des Halbleiterschaltkreises der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 festgelegt wird. Die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 ist typischerweise dazu bestimmt, mittels kryptografischer Verfahren, die in den Speichern der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 abgelegt sind und die einer oder mehrere der Mikrocontrollerkerne 616 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 ausführen, Daten und/oder Programmcodeteile und/oder Befehle verschlüsselt zu empfangen und/oder solche zu versenden. Bevorzugt handelt es sich bei der Verschlüsselung jeweils um eine QKD-Verschlüsselung. Diese Verfahren benötigen zum Teil erhebliche Rechenleistungen. Es hat sich daher bewährt, dass nicht nur der Mikrocontrollerkern 616 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 bestimmte Programmteile dieser Kryptografieverfahren in Form von Teilschritten dieser Kryptografieverfahren ausführt, sondern dass ein oder mehrere spezielle Hardwarebeschleuniger der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 vorzugsweise in Form eines oder mehrerer Kryptografie-Beschleuniger 607 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 diese Programmteile ausführen. Zu diesem Zweck verfügt die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 bevorzugt beispielsweise über einen DES-Beschleuniger 607 für den DES Algorithmus und/oder einen AES-Beschleuniger 607 für die Ausführung des AES-Algorithmus. Der Mikrocontrollerkern 616 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 spricht diese Hardware-Beschleuniger der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 typischerweise über den internen Datenbus 602 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 an. Bevorzugt verfügt der Mikrocontrollerkern 616 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 über ein redundantes Taktsystem der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601, um Zugriffe auf das Taktsystem der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 erkennen zu können. Eine oder mehrere der einen oder mehreren Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 614 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 überwachen die Konsistenz der logischen Inhalte dieser bevorzugten Mehrzahl von redundanten Taktsystemen der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 und können so Angriffe und Fehler erkennen. Den Zugriff des Mikrocontrollerkerns 616 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 und der Testlogik der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 auf die Herstellerspeicher der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 verhindern bevorzugt ein oder mehrere Hersteller-Speicher-Firewalls 608 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601. Diese Hersteller-Firewalls 608 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 können bevorzugt, wie beschrieben, durch ein Herstellerpasswort entsperrt werden. Bevorzugt ist die Anzahl der Fehleingaben sehr beschränkt, um die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen Angriffs zu minimieren. Bevorzugt umfasst die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 über ein oder mehrere CRC-Module (Cyclic Redundancy Check) 611 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601, damit der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 für eine serielle Datenkommunikation die CRC Daten, die in den meisten Datenprotokollen zur Erkennung fehlerhafter Datenübertragungen eingesetzt werden, zum einen im Falle eines Sendevorgangs effizient erzeugen kann und zum Anderen bei einem Empfang den korrekten Empfang der Datenbotschaft schnell überprüfen kann. Bevorzugt umfasst die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 ein oder mehrere Taktgeneratormodule (Englisch Clock Driver, CLK) 612 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601, die einen oder mehrere Taktsignale der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 zum Betreiben der Schaltungen der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 zu erzeugen. Bevorzugt erzeugen die ein oder mehreren Taktgeneratormodule (Englisch Clock Driver, CLK) 612 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 redundante Taktsignale, die einen Angriff auf das Taktsystem der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 erkennen lassen. Typischerweise umfasst die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 ein oder mehrere Zeitgeber-Module 613 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601, wie der Mikrocontrollerkern 616 sie beispielsweise für die Erkennung von Time-Outs benötigt. Bevorzugt umfasst die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 einen oder mehrere Watchdog-Timer der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601, die die Abarbeitung der verschiedenen Programmteile durch den einen oder die mehreren Mikrocontrollerkerne 616 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 überwachen. Diese Watchdog- der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 können Teil der einen oder mehreren der einen oder mehreren Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 614 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 sein. Vorschlagsgemäß umfasst die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 zumindest einem bevorzugt quantenprozessbasierenden Generator für echte Zufallszahlen (Englisch: Quantum Random Number Generator: QRNG) 615. Quantenbasierende Prozesse haben den Vorteil, dass sie auf einem echten Zufall beruhen. In den 70er Jahren des vorigen Jahrhunderts bewies der Physiker Bell, dass die Theorie der „hidden parameters“ falsch sei. D.h. es existieren keine verdeckten Ursachen für die Zufälligkeit quantenmechanischer Ereignisse, wie beispielsweise der Aussendung von Photonen. Der bereits mehrfach erwähnte Mikrocontrollerkern 616 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 kann beispielsweise ein 8-Bit-Mikrocontrollerkern oder ein 16-Bit-Mikrocontrollerkern oder ein 32-Bit-Mikrocontrollerkern oder ein 64-Bit-Mikrocontrollerkern oder ein 128-Bit-Mikrocontrollerkern oder dergleichen sein. Die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 kann ein oder mehrere 8/16/32/15-Bit-Microkontrollerkerne 616 aufweisen, die bevorzugt über ein oder mehrere interne Datenbusse 602 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 auf die anderen der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 zugreifen können. Bevorzugt umfasst die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 ein oder mehrere Datenschnittstellen 617 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601. Solche Datenschnittstellen 617 können beispielsweise eine oder mehrere Universelle Asynchrone Receiver Transmittern (UART) zur Unterstützung serieller Hochgeschwindigkeitsdaten sein. Bevorzugt weist die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 ein oder mehrere Basistakterzeugungen 621 (CLK) der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 auf, die bevorzugt jeweils einen Basistakt einem oder mehreren Taktgeneratormodule (Englisch Clock Driver, CLK) 612 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 zur Verfügung stellen. Bevorzugt handelt es sich bei den Basistakterzeugungen 621 (CLK) der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 um Oszillatoren. Bevorzugt umfasst die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 auch ein oder mehrere Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltungen 623 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 mit Spannungsreglern, die die Betriebsspannungen für die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 bereitstellen. Bevorzugt umfasst die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 auch ein oder mehrere Masseschaltungen 424 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601, die beispielsweise einen Verpolungsschutz und Schutzschaltungen gegen die Manipulation des elektrischen Potenzials des Halbleitersubstrats des Halbleiterkristalls der mikrointegrierten Teile der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfassen. Beispielsweise ist es sinnvoll, wenn ein oder mehrere der einen oder mehreren Masseschaltungen 624 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 einen Verpolungsschutz aufweisen. Beispielsweise ist es sinnvoll, wenn ein oder mehrere der einen oder mehreren Masseschaltungen 624 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 und/oder ein oder mehrere der einen oder mehreren Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltungen 623 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 so zusammenwirken, dass die Modulation des Stromverbrauchs und/oder des Innenwiderstands und/oder des Spannungsabfalls zwischen den Versorgungsspannungsanschlüssen der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 keinen Rückschlüsse auf die Betriebsabläufe und/oder Zustände der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 zumindest zeitweise zulässt. Für die Steuerung anderer Vorrichtungen und/oder für die Kommunikation mit anderen Vorrichtungen und/oder für die Überwachung anderer Vorrichtungen ist es in der Regel sinnvoll, wenn die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 ein oder mehrere Eingangs-/Ausgangsschaltungen 625 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 aufweist, die in der Regel als digitale Eingänge und/oder als digitale Ausgänge der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601, die bevorzugt auch einen Tri-State-Zustand einnehmen können, ausgeführt sind. Die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 kann einen Analog-zu-Digitalwandler der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 aufweisen, der es dem Mikrocontrollerkern 616 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 erlaubt, interne analoge Werte, wie z.B. die Betriebsspannung und externe analoge Werte zu überwachen. Der Analog-zu-Digitalwandler kann mit einem Analogmultiplexer versehen sein um eine Mehrzahl von internen elektrischen Knoten der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 auf die Korrektheit der Werte des elektrischen Potenzials gegenüber einem Bezugspotenzial der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 zu überwachen. Bevorzugt steuert der Mikrocontrollerkern 616 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 diesen Analogmultiplexer. Ggf. kann die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 mit einer oder mehreren Treiberstufen 692 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 versehen sein, um beispielsweise Aktoren 694 antreiben zu können. Bei diesen Aktoren 694 kann es sich beispielsweise um Motoren und/oder andere ohmsche und/oder induktive und/oder kapazitive Lasten und der gleichen handeln. Eine solche Treiberstufe 692 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 kann beispielsweise eine Halbbrücke und/oder eine H-Brücke oder dergleichen sein. Auch ist es denkbar, dass es sich um Leistungsstromquellen der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 beispielsweise für Leuchtmittel wie LEDs handeln kann.Each bit of the memory of the exemplary single-
Die hier vorgelegte Schrift schlägt somit eine beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 insbesondere zur sicheren Steuerung von Vorrichtungen im Automobil vor, die einen Halbleiterkristall umfasst. Bevorzugt ist die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 ganz oder teilweise in einer CMOS-Schaltungstechnik oder einer bipolaren Schaltungstechnik oder einer BiCMOS-Schaltungstechnik gefertigt. Die beispielhafte die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfasst bevorzugt Speicherelemente, einen oder mehrere internen Datenbusse 602 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601, einen oder mehrere 8/16/32/15-Bit-Microkontrollerkerne 616 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601, eine oder mehrere Datenschnittstellen der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 und einen oder mehrere bevorzugt quantenprozessbasierenden Generatoren 615 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 für die Erzeugung echte oder hochqualitativer Zufallszahlen (Englisch: Quantum Random Number Generator: QRNG). Der interne Datenbus 602 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 kann mehrere Datenbusse umfassen. Die Speicherelemente der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 sind typischerweise mit dem internen Datenbus 602 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 verbunden. Die Datenschnittstellen der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 sind typischerweise mit dem internen Datenbus 602 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 verbunden. Die einen oder mehreren Generatoren für Zufallszahlen (QRNG) 615 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 sind ebenfalls bevorzugt mit dem internen Datenbus 602 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 verbunden. Die einen oder mehreren Mikrocontrollerkerne 616 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 sind ebenfalls mit dem internen Datenbus 602 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 bevorzugt verbunden. Die einen oder mehreren Generatoren für Zufallszahlen (QRNG) 615 erzeugen bevorzugt und typischerweise auf Anfrage des Mikrocontrollerkerns 616 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 eine oder mehrere Zufallszahlen. Bevorzugt erzeugen ein oder mehrere der einen oder mehreren Mikrocontrollerkerne 616 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 mit Hilfe eines jeweiligen Programms aus einem oder mehreren ihrer Speicherelemente der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 und mit Hilfe einer oder mehrerer der erzeugten Zufallszahlen einen oder mehrere Schlüssel. Typischerweise verschlüsseln und/oder entschlüsseln ein oder mehrere Mikrocontrollerkerne 616 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 mit Hilfe eines jeweiligen Programms des betreffenden Mikrocontrollerkerns 616 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601, das jeweils aus einem oder mehreren ihrer Speicherelemente der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 stammt, und mit Hilfe eines jeweiligen Schlüssels der erzeugten Schlüssel Daten, die diese Mikrocontrollerkerne 616 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 typischerweise über eine oder mehrere Datenschnittstellen der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 der einen oder mehreren Datenschnittstellen der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 mit Vorrichtungen außerhalb der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 austauschen.The document presented here thus proposes an exemplary single-
In einer Weiterbildung der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfassen die Speicherelemente der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 ein oder mehrere Schreib/Lese-Speicher RAM 603 und/oder ein oder mehrere beschreibbare nicht flüchtige Speicher, insbesondere EEPROM-Speicher 604 und/oder Flash-Speicher 604 und/oder OTP-Speicher 604, und/oder ein oder mehrere reine Lesespeicher und/oder ein oder mehrere nicht flüchtige Herstellerspeicher. Der eine Halbleiterspeicher oder die mehreren Hersteller-Speicher der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 können beispielsweise ein oder mehrere Hersteller-ROMs 606 und/oder ein oder mehrere Hersteller EEPROMs und/oder ein oder mehrere Hersteller-Flash-Speicher umfassen.In a development of the exemplary single-
In einer zweiten Weiterbildung umfasst der Herstellerspeicher der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 und zwar insbesondere ein Hersteller-ROM 606 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 die Boot-Software für den Start des Mikrocontrollerkerns 616 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601, um die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 sicher zu starten.In a second development, the manufacturer memory of the exemplary single-
In einer dritten Weiterbildung weist die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 eine Hersteller-Speicher Firewall 608 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 zwischen dem Hersteller-Speicher 606 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 und dem internen Datenbus 602 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 auf, die den Zugriff auf den Hersteller-Speicher 706 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 ohne Authentifizierung verhindert.In a third development, exemplary single-
In einer vierten Weiterbildung weist die beispielhafte der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 eine oder mehrere der folgenden Komponenten auf: Eine Basistakterzeugung 621 (CLK), eine Taktgeneratorschaltung 612, eine Rücksetzschaltung 622, eine Stromversorgungs- oder eine Vcc-Schaltung 623 mit Spannungsreglern, die die Betriebsspannungen zumindest für die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 bereitstellen, eine Masseschaltung 624, eine Eingangs-/Ausgangsschaltung 625, ein oder mehrere Verarbeitungsmodule. Dabei kommunizieren die Verarbeitungsmodule der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 mit dem internen Datenbus 602 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 und damit typischerweise mit einem Mikrocontrollerkern 616 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601. Bevorzugt umfassen die Verarbeitungsmodule der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 eines oder mehrere der folgenden Module: Ein CRC-Modul (Cyclic Redundancy Check) 611, ein Taktgeneratormodul 612, einen Kryptobeschleuniger 607, insbesondere einen DES-Beschleuniger und/oder einen AES-Beschleuniger 607, ein oder mehrere Zeitgeber-Module 613, ein oder mehrere Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 614, sowie, ein oder mehrere Datenschnittstellen, insbesondere einen Universellen Asynchronen Receiver Transmitter (UART) 617. In a fourth development, the exemplary single-
In einer weiteren Weiterbildung der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 ist zumindest eine Datenschnittstelle der einen oder mehreren Datenschnittstellen der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 eine drahtgebundene automobile Datenbusschnittstelle. In dem Fall kann die drahtgebundene automobile Datenbusschnittstelle beispielsweise eine CAN-Datenbusschnittstelle oder eine CAN-FD-Datenbusschnittstelle oder eine Flexray-Datenbusschnittstelle oder eine PSl5-Datenbusschnittstelle oder eine DSl3-Datenbusschnittstelle oder eine LIN-Datenbusschnittstelle oder eine Ethernet-Datenbusschnittstelle oder eine LIN-Datenbusschnittstelle oder eine MELIBUS-Datenbusschnittstelle sein.
In einer weiteren Weiterbildung der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 ist zumindest eine Datenschnittstelle der einen oder mehreren Datenschnittstellen der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 eine drahtlose Datenbusschnittstelle. Die drahtlose Datenbusschnittstelle kann beispielsweise eine WLAN-Schnittstelle oder eine Bluetooth-Schnittstelle sein.
In einer weiteren Weiterbildung der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 ist zumindest eine Datenschnittstelle der einen oder mehreren Datenschnittstellen der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 eine drahtgebundene Datenbusschnittstelle. Die drahtlose Datenbusschnittstelle der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 kann beispielsweise eine KNX-Datenbusschnittstelle oder eine EIB-Datenbusschnittstelle oder eine DALI-Datenbusschnittstelle oder eine PROFIBUS-Datenbusschnittstelle sein.
Die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfasst bevorzugt ein oder mehrere drahtlose und/oder drahtgebundene Datenschnittstellen 626. Der Datenübertragungskanal 428 zu einer Einzelphotonensendevorrichtung 401 kann drahtgebunden oder drahtlos sein. Im Falle eines Autos ist der Datenübertragungskanal 428 bevorzugt drahtlos. Der Datenübertragungskanal 428 ist dann typischerweise ein elektromagnetisches Datensignal das die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 mit der Einzelphotonensendevorrichtung 401 drahtlos austauscht. Im Falle eines Autos mit einer Einzelphotonensendevorrichtung 401 tauscht das Auto Daten mit der Einzelphotonensendevorrichtung 401 bevorzugt mittels einer drahtlosen Datenschnittstelle 626 und deren Antenne 627 aus. Im Falle eines drahtgebundenen Datenübertragungskanals ist der Datenübertragungskanal dann typischerweise ein elektromagnetisches Datensignal das die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 mit der Einzelphotonensendevorrichtung 401 drahtgebunden austauscht. In diesem Fall einer drahtlosen Datenschnittstelle umfasst die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 typischerweise eine oder mehrere jeweilige Antennen 627 der jeweiligen drahtlosen Schnittstelle 626.In a further development of the exemplary single
In a further development of the exemplary single
In a further development of the exemplary single
The exemplary single
Die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfasst bevorzugt eine Auswerteschaltung 672 für die Empfangssignale 673 bis 676 der Einzelphotonendetektoren 677 bis 680 für unterschiedlich polarisierte Einzelphotonen. Die Auswerteschaltung 672 empfängt Messwerte in Form von Signalisierungen der Einzelphotonendetektoren 677 bis 680 für unterschiedlich polarisierte Einzelphotonen über die besagten Empfangssignale 673 bis 676. Die Auswerteschaltung 672 verarbeitet diese Messwerte und stellt das Ergebnis dieser Verarbeitung dem Mikrocontrollerkern 616 über den internen Datenbus 602 zur Verfügung.
Die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfasst bevorzugt ein Einzelphotonendetektorsystem 1603 für den Empfang eines polarisationsmodulierten Einzelphotonensignals. Das Einzelphotonendetektorsystem 1603 umfasst bevorzugt n Empfangskanäle für Einzelphotonen. Die Empfangskanäle detektieren jeweils die Einzelphotonen mit einer Drehung der Polarisationseben von (k-1)/(2*n)*360° bezogen auf eine Basisrichtung detektieren. Die Empfangskanäle können fortlaufend beginnend mit 1 durchnummeriert werden. Hierbei ist k die Nummer des Empfangskanals. Hierbei ist n die Anzahl der Empfangskanäle und k eine Zahl mit 1≤k≤n. Das Einzelphotonendetektorsystem stellt dem Mikrocontrollerkern 616 Daten zu den Empfangenen Einzelphotonen zu Verfügung, wobei diese Daten bevorzugt die Polarisationsrichtung und den Zeitraum bzw. Zeitpunkt des Empfangs umfassen. Das beispielhafte Einzelphotonendetektorsystem 1603 umfasst bevorzugt einen ersten Einzelphotonendetektor 677 für horizontal polarisierte Einzelphotonen und einen zweiten Einzelphotonendetektor 678 für vertikal polarisierte Einzelphotonen und einen dritten Einzelphotonendetektor 679 für +45° polarisierte Einzelphotonen und einen vierten Einzelphotonendetektor 680 für -45° polarisierte Einzelphotonen. Das vorgeschlagene Einzelphotonendetektorsystem 1603 ist bevorzugt ein Einzelphotonendetektorsystem 1603 für polarisationsmodulierte Einzelphotonen.
Die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfasst bevorzugt einen ersten Einzelphotonendetektor 677 für horizontal polarisierte Einzelphotonen, beispielsweise eine erste SPAD-Diode. Die hier vorgelegte Schrift geht davon aus, dass der ersten Einzelphotonendetektor 677 im Falle einer SPAD-Diode die Ansteuerschaltung und Auswerteschaltung zum Betreiben der SPAD-Diode umfasst. Bevorzugt umfasst das Halbleitersubstrat der des Mikrocontrollerkerns 616 auch die erste SPAD-Diode mit den nötigen Betriebsschaltungen und den Anschluss an eine Versorgungsspannung und damit den ersten Einzelphotonendetektor 677. Der erste Einzelphotonendetektor für horizontal polarisierte Einzelphotonen 677 ist so in die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 integriert, dass der erste Einzelphotonendetektor für horizontal polarisierte Einzelphotonen 677 im Wesentlichen nur horizontal polarisierte Einzelphotonen des QKD-Kopplungsstrahls 452, der von einer Einzelphotonensendevorrichtung 401 ausgesendet wird, erfasst. Die Konstruktion des ersten Einzelphotonendetektors 677 kann beispielsweise bereits sicherstellen, dass der erste Einzelphotonendetektor 677 für horizontal polarisierte Einzelphotonen im Wesentlichen nur horizontal polarisierte Einzelphotonen des OKD-Kopplungsstrahls 452 erfasst. Eine solche Konstruktion kann beispielsweise ein erstes mikrooptisches Gitter als Polarisationsvorrichtung vorsehen, dass nur Einzelphotonen einer horizontalen Polarisationsrichtung durchlässt. Eine solche Konstruktion kann aber beispielsweise auch den zweiten polarisierenden Strahlteiler 684 als mikrointegriertes mikrooptisches Funktionselement und den zweiten Einzelphotonendetektor 678 umfassen. Der erste Einzelphotonendetektors 677 wandelt die empfangenen Einzelphotonen des dritten horizontal polarisierten Einzelphotonenstroms in ein erstes Empfangssignal 673 des ersten Einzelphotonendetektors 677 für horizontal polarisierte Einzelphotonen 673. Der erste Einzelphotonendetektor 677 wandelt also bevorzugt im Wesentlichen nur die empfangenen horizontal polarisierten Einzelphotonen in das erste Empfangssignal 673 des ersten Einzelphotonendetektors 677 für horizontal polarisierte Einzelphotonen um;The exemplary single
The example single
The exemplary single
Ein erstes Empfangssignal 673 des ersten Einzelphotonendetektors 677 für horizontal polarisierte Einzelphotonen 677 signalisiert der Auswerteschaltung 672 den Empfang von Einzelphotonen.A first received
Die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfasst bevorzugt einen zweiten Einzelphotonendetektor 678 für vertikal polarisierte Einzelphotonen, beispielsweise eine zweite SPAD-Diode. Die hier vorgelegte Schrift geht davon aus, dass der zweite Einzelphotonendetektor 678 im Falle einer SPAD-Diode die Ansteuerschaltung und Auswerteschaltung zum Betreiben der SPAD-Diode umfasst. Bevorzugt umfasst das Halbleitersubstrat des Mikrocontrollerkerns 616 auch die zweite SPAD-Diode mit den nötigen Betriebsschaltungen und den Anschluss an eine Versorgungsspannung und damit den zweiten Einzelphotonendetektor 678. Der zweite Einzelphotonendetektor für vertikal polarisierte Einzelphotonen 678 ist bevorzugt so in die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 integriert, dass der zweite Einzelphotonendetektor für vertikal polarisierte Einzelphotonen 678 im Wesentlichen nur vertikal polarisierte Einzelphotonen des QKD-Kopplungsstrahls 452 erfasst. Die Konstruktion des zweiten Einzelphotonendetektors 678 kann beispielsweise bereits sicherstellen, dass der zweite Einzelphotonendetektor für vertikal polarisierte Einzelphotonen 678 im Wesentlichen nur vertikal polarisierte Einzelphotonen des QKD-Kopplungsstrahls 452 erfasst. Eine solche Konstruktion kann beispielsweise ein zweites mikrooptisches Gitter als Polarisationsvorrichtung vorsehen, dass nur Einzelphotonen einer vertikalen Polarisationsrichtung durchlässt. Eine solche Konstruktion kann aber beispielsweise auch den zweiten polarisierenden Strahlteiler 684 als mikrointegriertes mikrooptisches Funktionselement und den ersten Einzelphotonendetektor 677 umfassen. Der zweite Einzelphotonendetektor 678 wandelt die empfangenen Einzelphotonen des vierten horizontal polarisierten Einzelphotonenstroms 686 in ein zweites Empfangssignal 674 des zweiten Einzelphotonendetektors 678 für vertikal polarisierte Einzelphotonen. Der zweite Einzelphotonendetektor 678 wandelt also bevorzugt im Wesentlichen nur die empfangenen vertikal polarisierten Einzelphotonen in das zweite Empfangssignal 674 des zweiten Einzelphotonendetektors 678 für vertikal polarisierte Einzelphotonen um. Ein zweites Empfangssignal 674 des zweiten Einzelphotonendetektors 678 für vertikal polarisierte Einzelphotonen 678 signalisiert der Auswerteschaltung 672 den Empfang von Einzelphotonen.The exemplary single
Die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfasst bevorzugt einen dritten Einzelphotonendetektor 679 für +45° polarisierte Einzelphotonen, beispielsweise eine dritte SPAD-Diode. Die hier vorgelegte Schrift geht davon aus, dass der dritte Einzelphotonendetektor 678 im Falle einer SPAD-Diode die Ansteuerschaltung und Auswerteschaltung zum Betreiben der SPAD-Diode umfasst. Bevorzugt umfasst das Halbleitersubstrat der des Mikrocontrollerkerns 616 auch die dritte SPAD-Diode und damit den dritten Einzelphotonendetektor 679. Der dritte Einzelphotonendetektor für +45° polarisierte Einzelphotonen 679 ist bevorzugt so in die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 integriert, dass der dritte Einzelphotonendetektor für +45°polarisierte Einzelphotonen 679 im Wesentlichen nur +45°polarisierte Einzelphotonen des QKD-Kopplungsstrahls 452 erfasst. Die Konstruktion des dritten Einzelphotonendetektors 679 kann beispielsweise bereits sicherstellen, dass der dritte Einzelphotonendetektor für horizontal polarisierte Einzelphotonen 679 im Wesentlichen nur +45° polarisierte Einzelphotonen des QKD-Kopplungsstrahls 452 erfasst. Eine solche Konstruktion kann beispielsweise ein drittes +45° orientiertes mikrooptisches Gitter als Polarisationsvorrichtung auf der Oberfläche einer dritten SPAD-Diode, also an deren Lichteintrittspforte, vorsehen, das nur Einzelphotonen einer +45° orientierten Polarisationsrichtung durchlässt. Eine solche Konstruktion kann aber beispielsweise auch den dritten polarisierenden Strahlteiler 690 als mikrointegriertes mikrooptisches Funktionselement und den vierten Einzelphotonendetektor 680 umfassen. Der dritte Einzelphotonendetektor 679 wandelt die empfangenen Einzelphotonen des fünften +45° polarisierten Einzelphotonenstroms 1605 in ein drittes Empfangssignal 675 des dritten Einzelphotonendetektors 679 für +45° polarisierte Einzelphotonen 675. Der dritte Einzelphotonendetektor 679 wandelt also bevorzugt im Wesentlichen nur die empfangenen +45° polarisierten Einzelphotonen in das dritte Empfangssignal 675 des dritten Einzelphotonendetektors 679 für +45° polarisierte Einzelphotonen um. Ein drittes Empfangssignal 675 des dritten Einzelphotonendetektors 679 für +45° polarisierte Einzelphotonen 679 signalisiert der Auswerteschaltung 672 den Empfang von Einzelphotonen.The exemplary single
Die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfasst bevorzugt einen vierten Einzelphotonendetektor 680 für -45° polarisierte Einzelphotonen, beispielsweise eine vierte SPAD-Diode. Die hier vorgelegte Schrift geht davon aus, dass der vierte Einzelphotonendetektor 679 im Falle einer SPAD-Diode die Ansteuerschaltung und Auswerteschaltung zum Betreiben der SPAD-Diode umfasst. Bevorzugt umfasst das Halbleitersubstrat der des Mikrocontrollerkerns 616 auch die vierte SPAD-Diode und damit den vierten Einzelphotonendetektor 680. Der vierte Einzelphotonendetektor für -45° polarisierte Einzelphotonen 680 ist bevorzugt so in die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 integriert, dass der vierte Einzelphotonendetektor für -45°polarisierte Einzelphotonen 680 im Wesentlichen nur -45°polarisierte Einzelphotonen des QKD-Kopplungsstrahls 452 erfasst. Die Konstruktion des vierten Einzelphotonendetektors 680 kann beispielsweise bereits sicherstellen, dass der dritte Einzelphotonendetektor für horizontal polarisierte Einzelphotonen 680 im Wesentlichen nur -45° polarisierte Einzelphotonen des QKD-Kopplungsstrahls 452 erfasst. Eine solche Konstruktion kann beispielsweise ein drittes -45° orientiertes mikrooptisches Gitter als Polarisationsvorrichtung auf der Oberfläche einer vierten SPAD-Diode, also an deren Lichteintrittspforte, vorsehen, das nur Einzelphotonen einer -45° orientierten Polarisationsrichtung durchlässt. Eine solche Konstruktion kann aber beispielsweise auch den dritten polarisierenden Strahlteiler 690 als mikrointegriertes mikrooptisches Funktionselement und den dritten Einzelphotonendetektor 679 umfassen. Der vierte Einzelphotonendetektor 680 wandelt die empfangenen Einzelphotonen des sechsten +45° polarisierten Einzelphotonenstroms 691 in ein viertes Empfangssignal 680 des vierten Einzelphotonendetektors 680 für -45° polarisierte Einzelphotonen 676. Der vierte Einzelphotonendetektor 680 wandelt also bevorzugt im Wesentlichen nur die empfangenen -45° polarisierten Einzelphotonen in das vierte Empfangssignal 676 des vierten Einzelphotonendetektors 680 für -45° polarisierte Einzelphotonen um. Ein viertes Empfangssignal 676 des vierten Einzelphotonendetektors 680 für -45° polarisierte Einzelphotonen 680 signalisiert der Auswerteschaltung 672 den Empfang von Einzelphotonen.
Die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfasst bevorzugt eine Versorgungsspannungsleitung. 643. Die Versorgungsspannungsleitung 643 verbindet die jeweiligen Verbraucher innerhalb der vorschlagsgemäßen Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 mit ein oder mehrere Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltungen 663 mit Spannungsreglern, die die Betriebsspannungen für das Mikrocontroller-System der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 und den QKD-Sender der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 bereitstellen. Die Versorgungsspannungsleitung 643 kann auch mehrere Leitungen umfassen, die beispielsweise jeweils einen Verbraucher elektrischer Energie, also eine Teilvorrichtung der vorschlagsgemäßen Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601, mit jeweils einem Spannungsregler bzw. einer Stromquelle der einen oder mehreren Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltungen 623 verbinden.
Die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfasst bevorzugt eine optionale Empfangsoptik 681 für den QKD-Kopplungsstrahl 452. Die optionale Empfangsoptik 681 fokussiert die einkommenden Einzelphotonen des Einzelphotonenstrahls des QKD-Kopplungsstrahls 452 auf die Einzelphotonendetektoren 677, 678, 679, 680 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601. Nach dem Durchlaufen des Strahlengangs 682 für die Einzelphotonen des QKD-Kopplungsstrahls 452 zwischen optionaler Empfangsoptik für den QKD-Kopplungsstrahl 452 und nicht polarisierendem Strahlteiler 683 teilt der nicht polarisierende Strahlteiler 683 den QKD-Kopplungsstrahl 452. Der nicht polarisierendem Strahlteiler 683 spaltet dabei den Einzelphotonenstrom des QKD-Kopplungsstrahls 452 unabhängig von der Polarisation der Einzelphotonen des QKD-Kopplungsstrahls 452 in einen ersten Einzelphotonenstrom 1604 und einen zweiten Einzelphotonenstrom 687 auf. Dabei speist der nicht polarisierende Strahlteiler 683 ein Einzelphoton mit einer Wahrscheinlichkeit von im Wesentlichen 50% in den ersten Einzelphotonenstrom 1604 und mit einer Wahrscheinlichkeit von im Wesentlichen 50% in den zweiten Einzelphotonenstrom 686 ein. Ein zweiter polarisierender Strahlteiler 684 spaltet den einen ersten Einzelphotonenstrom 1604 in einen dritten horizontal polarisierten Einzelphotonenstrom 685 und einen vierten vertikal polarisierten Photonenstrom 686 auf. Der dritte polarisierende Einzelphotonenstrom 685 umfasst im Wesentlichen nur horizontal polarisierte Einzelphotonen, mit denen der dritte horizontal polarisierte Einzelphotonenstrom den ersten Einzelphotonendetektor 677 für horizontal polarisierte Einzelphotonen bestrahlt.The exemplary single
The exemplary single
The exemplary single
Der vierte polarisierte Einzelphotonenstrom 686 umfasst im Wesentlichen nur vertikal polarisierte Einzelphotonen, mit denen der vierte vertikal polarisierte Einzelphotonenstrom 686 den zweiten Einzelphotonendetektor 678 für vertikal polarisierte Einzelphotonen bestrahlt.The fourth polarized
In dem im zweiten Einzelphotonenstrom 687 ist bevorzugt ein λ/4 Plättchen und/oder eine Polarisationsdrehvorrichtung 688. Das λ/4 Plättchen bzw. die Polarisationsdrehvorrichtung 688 dreht bevorzugt die Polarisationsrichtung der Einzelphotonen im zweiten Einzelphotonenstrom 687 um 45° zu einem verdrehten zweiten Einzelphotonenstrom 689. Ein dritter polarisierender Strahlteiler 690 spaltet den verdrehten zweiten Einzelphotonenstrom 689 in einen sechsten -45° polarisierten Einzelphotonenstrom 691 und einen fünften +45° polarisierten Photonenstrom 1605 auf. Der sechste polarisierte Einzelphotonenstrom 691 umfasst im Wesentlichen nur -45° polarisierte Einzelphotonen, mit denen der sechste -45° polarisierte Einzelphotonenstrom 691 den vierten Einzelphotonendetektor 680 für -45° polarisierte Einzelphotonen bestrahlt. Der fünfte +45° polarisierte Einzelphotonenstrom 1605 umfasst im Wesentlichen nur +45° polarisierte Einzelphotonen, mit denen der fünfte +45° polarisierte Einzelphotonenstrom 1605 den dritten Einzelphotonendetektor für +45° polarisierte Einzelphotonen 679 bestrahlt.In the second
Sofern eine Ausrichtung der Einzelphotonensendevorrichtung 401 gegenüber der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 notwendig ist, umfasst die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 beispielsweise einen Ausrichtempfänger 699. Der Empfänger 1601 des Ausrichtempfängers 699 erfasst dabei den Laser-Pointer-Strahl 462 zur Ausrichtung des der Einzelphotonensendevorrichtung 401, 471, beispielsweise eines Autoschlüssels. Die Schnittstelle 1606 des Ausrichtempfängers 699 erhält Messdaten des Empfängers 1601 des Ausrichtempfängers 699 über die Ausrichtempfängerleitung 698. Die Schnittstelle 1606 des Ausrichtempfängers 699 signalisiert dem Mikrocontrollerkern 616 über den internen Datenbus 602, ob der Empfänger 1601 des Ausrichtempfängers 699 über das optische System 1602 des Ausrichtempfängers 699 ausreichend Licht des Laser-Pointer-Strahls 462 zur Ausrichtung der Einzelphotonensendevorrichtung 471, beispielsweise eines Autoschlüssels, auf die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 empfängt. Erst wenn dies der Fall ist, startet der Mikrocontrollerkern 616 bevorzugt die Erzeugung eines gemeinsamen Quantenschlüssels für die Einzelphotonensendevorrichtung 471, beispielsweise den Autoschlüssel 471, und die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 des Autos 802. Hierzu signalisiert der Mikrocontrollerkern 616 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 dem Mikrocontrollerkern 416 der Einzelphotonensendevorrichtung 471, also beispielsweise des Autoschlüssels 471, beispielsweise über eine drahtlose Datenverbindung 626, 627,428, 427, 426, dass die Vereinbarung eines Quantenschlüssels starten kann. Der Mikrocontrollerkern 416 der Einzelphotonensendevorrichtung 471, beispielsweise des Autoschlüssels 471, veranlasst daraufhin die Einzelphotonensendevorrichtung 1407 der Einzelphotonensendevorrichtung 471 einen polarisationsmodulierten Strom von Einzelphotonen als QKD-Kopplungsstrahl 452 zu erzeugen, wobei der Mikrocontrollerkern 416 der Einzelphotonensendevorrichtung 471, beispielsweise des Autoschlüssels 471, bevorzugt als Modulationssignal der Polarisationsrichtung der ausgesendeten Einzelphotonen eine Zufallszahl seines zumindest einen quantenprozessbasierenden Generator für echte Zufallszahlen (Englisch: Quantum Random Number Generator: QRNG) 415 nutzt. Die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 des anderen Geräts, beispielsweise eines Autos 802, empfängt diesen polarisationsmodulierten Einzelphotonendatenstrom des QKD-Kopplungsstrahls 452.If it is necessary to align the single
Beispielsweise kann die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 eine beispielhafte Schließvorrichtung 694 eines Autos 802 als Autoschlüssel 401 bzw. 471 steuern oder beeinflussen. Der Mikrocontrollerkern 616 tauscht in der beispielhaften Anwendung eines Türschlosses zur Öffnung einer Tür 804 oder einer anderen Öffnung eines Autos 802 mit einem Autoschlüssel 401 oder 471 einen Verschlüsselungscode mittels eines QKD-Verfahrens abhörsicher aus. Nachdem der Autoschlüssel 401 bzw. 471 eine Sichere drahtlose Verbindung 428 zwischen Autoschlüssel und Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 durch Erzeugung eines gemeinsamen geheimen Quantenschlüssels hergestellt hat kann der Mikrocontrollerkern 416 des Autoschlüssels 401, 471 Authentifizierungsdaten mit dem Mikrocontrollerkern 616 oder einem dem Mikrocontrollerkern 616 übergeordneten Rechnereinheit austauschen. Sofern diese dem Mikrocontrollerkern 616 übergeordneten Rechnereinheit 697 oder der Mikrocontrollerkern 616 die Authentifizierungsdaten nach einem Abgleich mit einer Datenbank für vertrauenswürdig erachten, veranlasst der Mikrocontrollerkern 616 beispielsweise mittels einer geeigneten Signalisierung über den internen Datenbus 602, die Steuerung 692 für den Antrieb der beispielhaften Schließvorrichtung 694 und die Steuerleitung 693 für den Antrieb der beispielhaften Schließvorrichtung 694 die beispielhafte Schließvorrichtung 694 des Autos 802 die Tür 804 bzw. andere Öffnung des Autos 802 zu öffnen, zu entriegeln, zu verriegeln oder zu verschließen.
Auch kann die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 eine Steuerung 692 für den Antrieb der beispielhaften Schließvorrichtung 694 umfassen. Mittels einer Steuerleitung 693 für den Antrieb der beispielhaften Schließvorrichtung 694 tauscht die Steuerung 692 für den Antrieb der beispielhaften Schließvorrichtung 694 Steuerdaten und/oder Statusdaten mit dem Antrieb der beispielhaften Schließvorrichtung 694 aus und stellt diese für den Mikrokontrollerkern 616 über den internen Datenbus 602 diesem zur Verfügung. Mittels der Steuerleitung 693 für den Antrieb der beispielhaften Schließvorrichtung 694 tauscht die Steuerung 692 für den Antrieb der beispielhaften Schließvorrichtung 694 Steuerdaten und/oder Statusdaten mit dem Antrieb der beispielhaften Schließvorrichtung 694 aus.
Die die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfasst bevorzugt eine oder mehrere Datenverbindungen 696 von einer oder mehreren Datenschnittstellen 695 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 zu einer übergeordneten Rechnereinheit 697 über einen Datenbus 696 des anderen Geräts, beispielsweise des Autos 802. Es kann sich beispielsweise um einen CAN-Datenbus oder um einen CAN-FD-Datenbus oder um einen PSI5-Datenbus oder um einen DSI3-Datenbus oder um einen I2C-Bus oder um eine Ethernet-Verbindung oder um eine optische Datenverbindung, beispielsweise einen Lichtwellenleiter, oder um eine verschlüsselte Funkverbindung, wie WLAN oder Bluetooth, oder dergleichen handeln. Bei der übergeordneten Rechnereinheit 697 kann es sich beispielsweise um eine beliebige Rechnereinheit des KfZ handeln. Diese übergeordnete Rechnereinheit kontrolliert in der Regel die Aktionen des Mikrocontrollerkerns 616.For example, the single
Also, the single
The single
Die jeweiligen Teilvorrichtungen zum Senden und Empfangen des QKD-Kopplungsstrahls 452 der Einzelphotonensendevorrichtung 471 der
Der vorschlagsgemäße Schaltkreis ist bevorzugt ein einstückiger CMOS- BICMOS- oder Bipolarschatkreis in bzw. auf einem Halbleitersubstrat. Das Material des Halbleitersubstrats umfasst bevorzugt Silizium oder SiC oder einen Mischkristall aus Elementen der III., IV.- und V.-Hauptgruppe des Periodensystems.
Bevorzugt ist der integrierte QKD-Schaltkreis 701 so konfiguriert, dass er eine sichere Authentifizierung ermöglicht. So speichert der integrierte QKD-Schaltkreis 701 bevorzugt beispielsweise neben dem Authentifizierungscode weitere Daten, z. B. ein oder mehr Lebensdauer- und Benutzungsdaten und/oder z.B. logistische Daten und/oder z.B., kommerzielle Daten und/oder Website- und Email-Adressen und/oder Bilddaten, einen Satz von Anweisungen für Steuergeräte des Autos 802, mit denen der Mikrokontrollerkern 716 über eine Datenschnittstelle kommuniziert. Daneben kann der integrierte QKD-Schaltkreis 701 weitere Anwendungsdaten speichern.
Bevorzugt umfasst der integrierte QKD-Schaltkreis 701 beispielsweise einen Mikrocontrollerkern 716, der so konfiguriert ist, dass er die sichere Authentifizierung eines Produkts erleichtert.
Der interne Datenbus 702 kann mehrere Datenbusse 702 für mehrere Mikrocontrollerkerne 716 des integrierte QKD-Schaltkreises 701umfassen, so dass diese mehreren Mikrocontrollerkerne 716 unabhängig voneinander gleichzeitig auf verschiedene Teilvorrichtungen des integrierten QKD-Schaltkreises 701 zugreifen können. In der Regel umfasst der integrierte QKD-Schaltkreis 701 aber nur einen internen Datenbus 702 und nur einen Mikrocontrollerkern 716. Der Mikrocontrollerkern 716 ist bevorzugt ein ARM-Prozessor oder dergleichen. Bevorzugt handelt es sich um einen 8-Bit- oder einen 16-Bit- oder einen 32 Bit- oder einen 64-Bit-Mikrocontrollerkern 716.
Bevorzugt umfasst der integrierte QKD-Schaltkreis 701 ein oder mehrere Schreib/Lese-Speicher RAM 703. Hierbei kann es sich beispielsweise um SRAMs und/oder MRAMs und/oder FRAMS oder dergleichen handeln. Auch kann es sich bei den ein oder mehrere Schreib/Lese-Speicher RAM 703 ganz oder teilweise um dynamische Schreib/Lesespeicher wie beispielsweise DRAMs handeln, die der Mikrocontrollerkern 716 oder eine Refresh-Vorrichtung des integrierte QKD-Schaltkreises 701 in regelmäßigen Zeitabständen in einem Refresh-Zyklus lesen und wieder neu beschreiben. Für den Zugriff des Mikrocontrollerkerns 716 auf einen Speicher des integrierte QKD-Schaltkreises 701 kann der integrierte QKD-Schaltkreis 701 eine Zugriffslogik aufweisen, die diesen Refresh regelmäßig ausführt und diesen Zugriff steuert. Allerdings eröffnet ein DRAM typischerweise Möglichkeiten für einen Angriff und ist typischerweise eine mögliche Schwachstelle. Auf diese Schreib/Lese-Speicher RAM 703 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 kann bevorzugt der Mikrocontrollerkern 716 des integrierte QKD-Schaltkreises 701 mittels des internen Datenbusses 702 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 zugreifen
Bevorzugt umfasst der integrierte QKD-Schaltkreis 701 ein oder mehrere beschreibbare und nicht flüchtige Speicher 704. Auf diese beschreibbaren und nicht flüchtigen Speicher 704 des integrierte QKD-Schaltkreises 701 kann bevorzugt der Mikrocontrollerkern 716 des integrierte QKD-Schaltkreises 701 mittels des internen Datenbusses 702 des integrierte QKD-Schaltkreises 701 zugreifen. Diese nichtflüchtigen Speicher 404 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 können beispielsweise EEPROM-Speicher 704 oder Flash-Speicher 704 oder OTP-Speicher 704 umfassen. Hierbei steht OTP für Englisch One Time programmable, was nur einmal programmierbar bedeutet.
Eine Angriffsmöglichkeit kann das Löschen der nicht flüchtigen Speicher 704 mittels Strahlung, beispielsweise Röntgenstrahlung und/oder ionisierender Strahlung und/oder die Erhitzung von Speicherzellen sein. Hierzu weist der integrierte QKD-Schaltkreis 701 bevorzugt eine oder mehrere Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 714 des integrierte QKD-Schaltkreises 701 auf, die die Datenintegrität der Speicherzellen der löschbaren Speicher 704 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 überwachen. Bevorzugt weisen die Speicherzellen der löschbaren Speicher 704 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 eine Redundanz in der Art auf, dass zumindest zwei Prüf-Bits für ein Datenwort, das bevorzugt ein Datenwort von 8 Bit Länge, also ein Byte, ist, vorgesehen sind und dass immer mindestens ein erstes Prüf-Bit den Inhalt 1 aufweisen muss und ein anderes, weites Prüf-Bit, das diesem ersten Prüf-Bit zugeordnet ist, den Inhalt 0 aufweisen muss. Beispielsweise kann das erste Prüf-Bit ein Parity-Bit des Bytes sein und das zweite Prüf-Bit das zum ersten Prüf-Bit inverse Bit des Parity-Bits. Erfolgt nun ein Angriff mit ionisierender Strahlung oder dergleichen, so setzt der Angriff beide Prüf-Bits auf den gleichen Wert zurück. Dies ist ein illegaler Zustand den der integrierte QKD-Schaltkreis 701 erkennen kann. Die eine oder mehrere Sicherheitsüberwachungs- und - steuerungsschaltungen 714 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 detektieren eine solche Abweichung und sperren ggf. den integrierte QKD-Schaltkreises 701 für weitere Zugriffe zumindest für einen vorzugsweise vorbestimmten Zeitraum.
Bevorzugt ist jedes Bit der Speicher des integrierten QKD-Schaltkreises 701 doppelt ausgelegt, so dass bevorzugt jedes logische Datenbit als Paar aus einem ersten physikalischen Datenbit mit einem ersten internen logischen Wert und einem zweiten physikalischen Datenbit mit einem zweiten internen logischen Wert realisiert ist. Dabei ist typischerweise der zweite interne logische Wert das logische Inverse des ersten internen logischen Werts. Dass dies immer so ist, überwachen wieder bevorzugt die eine oder mehrere Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 714 des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Die eine oder mehrere Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 714 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 detektieren wieder Abweichungen und sperren beispielsweise bevorzugt ggf. die weitere Ausführung von Programmen oder bestimmten Programmteilen und/oder den Zugriff auf Daten beispielsweise für den Mikrocontrollerkern 716 im Falle von Abweichungen. Bevorzugt umfasst der integrierte QKD-Schaltkreis 701 eine oder mehrere Rücksetzschaltungen 722 des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Die Rücksetzschaltungen 722 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 setzen jeweils den integrierten QKD-Schaltkreis 701 und/oder Teilvorrichtungen des integrierten QKD-Schaltkreises 701 in vordefinierte Zustände, wenn vorbestimmte oder bestimmbare Rücksetzbedingungen und/oder Kombinationen und/oder zeitliche Abfolgen solcher Rücksetzbedingungen vorliegen. Beispielsweise können diese Bedingungen beispielsweise Signalisierungen der einen oder mehreren Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 714 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 an eine oder mehrere Rücksetzschaltungen 722 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 sein. Auch können diese Bedingungen Änderungen und/oder Werte von elektrischen Knotenpotenzialen gegenüber dem Potenzial eines Bezugsknotens oder einer Bezugspotenzialleitung, also beispielsweise einer oder mehrerer Betriebsspannungen des integrierten QKD-Schaltkreises 701, sein. Ein Watchdog-Timer kann Teil einer Rücksetzschaltung 722 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 sein. Des Weiteren können solche Bedingungen die Integrität des Gehäuses des integrierten QKD-Schaltkreises 701 betreffen. Bevorzugt umfasst das Gehäuse des integrierten QKD-Schaltkreises 701 einen Detektor für das Öffnen oder Beschädigen des Gehäuses des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Beispielsweise kann es sich hierbei um eine einzelne Leitung handeln, die beispielsweise als textiles Netzwerk den integrierten QKD-Schaltkreises 701 umgibt oder bedeckt oder zumindest Teile des integrierten QKD-Schaltkreises 701 abdeckt. Auch kann es sich um ein Netzwerk von Leitungen handeln, die den integrierten QKD-Schaltkreises 701 ausschließlich zur Detektion eines Angriffs bedecken. Beispielsweise kann der integrierte QKD-Schaltkreises 701 mittels einer ersten Ein-/Ausgansleitung in eine oder mehrere solcher Leitungen jeweils einen elektrischen Strom einspeisen und diesen wieder an einer oder mehreren zweiten Ein-/Ausgangsleitungen entnehmen. Wird der Stromfluss unterbrochen, ist dies ein Hinweis auf einen Angriff den eine oder mehrere der einen oder mehreren Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 714 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 erkennen können und die daraufhin zum Beispiel dem Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 diesen Angriff signalisieren. Beispielsweise können in einem solchen Fall des vermuteten Verletzens der Integrität des Gehäuses des integrierten QKD-Schaltkreises 701 eine oder mehrere der einen oder mehreren Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 714 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 den schreibenden und/oder lesenden Zugriff auf Speicherinhalte der Speicher des integrierten QKD-Schaltkreises 701 sperren und/oder solche Inhalte der Speicher des integrierten QKD-Schaltkreises 701 ganz oder teilweise löschen oder diese Inhalte der Speicher des integrierten QKD-Schaltkreises 701 auf vordefinierte Werte setzen oder mit unsinnigen Daten überschreiben oder sonst wie manipulieren. Die Speicher des integrierten QKD-Schaltkreises 701 umfassen bevorzugt ein oder mehrere nicht flüchtige, reine Lese-Speicher 705, wie beispielsweise ein ROM. In dem ROM des integrierten QKD-Schaltkreises 701 befinden sich bevorzugt konstruktionsseitig festgelegte Daten und/oder Programmbefehle. Bevorzugt weist des integrierten QKD-Schaltkreises 701 einen oder mehrere nicht flüchtige, beschreibbare und/oder nicht beschreibbare Hersteller-Speicher 706 auf, in die der Halbleiterhersteller oder ein anderer Zulieferer seine Produktions- und Sicherheitsdaten, wie beispielsweise Seriennummern etc. ablegen kann. Bevorzugt sperrt der Halbleiterherstelle nach Ausführung des letzten Produktionstests den Zugriff auf diesen beschreibbare und/oder nicht beschreibbaren nicht flüchtigen Hersteller-Speicher 706 des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Bevorzugt ist der Zugriff auf den beschreibbare und/oder nicht beschreibbare Hersteller-Speicher 706 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 mittels eines oder mehrerer Herstellerpassworte möglich. In manchen Fällen ist ein Doppelschlüsselverfahren sinnvoll. In dem Fall speichert ein dem Halbleiterhersteller nachfolgender Kunde in einem ebenfalls für den Zugriff mit einem Kennwort sperrbaren Kundensperrregister des integrierten QKD-Schaltkreises 701 ein Kundenkennwort. Bevorzugt kann der Halbeiterhersteller nur mit dem Kundenkennwort und dem Halbleiterkennwort auf alle Speicherbereiche des integrierten QKD-Schaltkreises 701 zugreifen. Bevorzugt sieht der Halbleiterhersteller ein Analysekennwort vor, mittels dessen er eine oder mehrere der einen oder mehreren Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 714 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 veranlassen kann, typischerweise unter Zuhilfenahme der Rücksetzschaltung 722 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 die Kundeninhalte in den Speichern des integrierten QKD-Schaltkreises 701 zu löschen und dann alle Speicherbereiche des integrierten QKD-Schaltkreises 701 für die Analyse von Fehlern zugänglich zu machen. Im Falle eines nicht beschreibbaren Hersteller-Speichers des integrierten QKD-Schaltkreises 701 kann der Hersteller-Speicher 706 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 beispielsweise ein Hersteller-ROM sein, dessen Inhalt beispielsweise bei der Fertigung des Halbleiterschaltkreises des integrierten QKD-Schaltkreises 701 festgelegt wird. Der des integrierte QKD-Schaltkreises 701 ist typischerweise dazu bestimmt, mittels kryptografischer Verfahren, die in den Speichern des integrierten QKD-Schaltkreises 701 abgelegt sind und die einer oder mehrere der Mikrocontrollerkerne 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 ausführen, Daten und/oder Programmcodeteile und/oder Befehle verschlüsselt zu empfangen und/oder solche zu versenden. Bevorzugt handelt es sich bei der Verschlüsselung jeweils um eine QKD-Verschlüsselung. Diese Verfahren benötigen zum Teil erhebliche Rechenleistungen. Es hat sich daher bewährt, dass nicht nur der Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 bestimmte Programmteile dieser Kryptografieverfahren in Form von Teilschritten dieser Kryptografieverfahren ausführt, sondern dass ein oder mehrere spezielle Hardwarebeschleuniger des integrierten QKD-Schaltkreises 701 vorzugsweise in Form eines oder mehrerer Kryptografie-Beschleuniger 707 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 diese Programmteile ausführen. Zu diesem Zweck verfügt der integrierte QKD-Schaltkreis 701 bevorzugt beispielsweise über einen DES-Beschleuniger 707 für den DES Algorithmus und/oder einen AES-Beschleuniger707 für die Ausführung des AES-Algorithmus. Der Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 spricht diese Hardware-Beschleuniger des integrierten QKD-Schaltkreises 701 typischerweise über den internen Datenbus 702 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 an. Bevorzugt verfügt der Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 über ein redundantes Taktsystem des integrierten QKD-Schaltkreises 701, um Zugriffe auf das Taktsystem des integrierten QKD-Schaltkreises 701 erkennen zu können. Eine oder mehrere der einen oder mehreren Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 714 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 überwachen die Konsistenz der logischen Inhalte dieser bevorzugte Mehrzahl von redundanten Taktsystemen des integrierten QKD-Schaltkreises 701 und können so Angriffe und Fehler erkennen. Den Zugriff des Mikrocontrollerkerns 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 und der Testlogik des integrierten QKD-Schaltkreises 701 auf die Herstellerspeicher des integrierten QKD-Schaltkreises 701 verhindern bevorzugt ein oder mehrere Hersteller-Speicher-Firewalls 708 des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Diese Hersteller-Firewalls 708 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 können bevorzugt, wie beschrieben, durch ein Herstellerpasswort entsperrt werden. Bevorzugt ist die Anzahl der Fehleingaben sehr beschränkt, um die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen Angriffs zu minimieren. Bevorzugt umfasst der s integrierten QKD-Schaltkreis 701 über ein oder mehrere CRC-Module (Cyclic Redundancy Check) 711 des integrierten QKD-Schaltkreises 701, damit der integrierte QKD-Schaltkreises 701 für eine serielle Datenkommunikation die CRC Daten, die in den meisten Datenprotokollen zur Erkennung fehlerhafter Datenübertragungen eingesetzt werden, zum einen im Falle eines Sendevorgangs effizient erzeugen kann und zum Anderen bei einem Empfang den korrekten Empfang der Datenbotschaft schnell überprüfen kann. Bevorzugt umfasst der integrierte QKD-Schaltkreises 701 ein oder mehrere Taktgeneratormodule (Englisch Clock Driver, CLK) 712 des integrierten QKD-Schaltkreises 701, die einen oder mehrere Taktsignale des integrierten QKD-Schaltkreises 701 zum Betreiben der Schaltungen des integrierten QKD-Schaltkreises 701 zu erzeugen. Bevorzugt erzeugen die ein oder mehreren Taktgeneratormodule (Englisch Clock Driver, CLK) 712 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 redundante Taktsignale, die einen Angriff auf das Taktsystem des integrierten QKD-Schaltkreises 701 erkennen lassen. Typischerweise umfasst der integrierte QKD-Schaltkreis 701 ein oder mehrere Zeitgeber-Module 713 des integrierten QKD-Schaltkreises 701, wie der Mikrocontrollerkern 716 sie beispielsweise für die Erkennung von Time-Outs benötigt. Bevorzugt umfasst der integrierte QKD-Schaltkreises 701 einen oder mehrere Watchdog-Timer des integrierten QKD-Schaltkreises 701, die die Abarbeitung der verschiedenen Programmteile durch den einen oder die mehreren Mikrocontrollerkerne 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 überwachen. Diese Watchdog-Timer des integrierten QKD-Schaltkreises 701 können Teil der einen oder mehreren der einen oder mehreren Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 714 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 sein. Vorschlagsgemäß umfasst der integrierte QKD-Schaltkreis 701 zumindest einem quantenprozessbasierenden Generator für echte Zufallszahlen (Englisch: Quantum Random Number Generator: QRNG) 715. Quantenbasierende Prozesse haben den Vorteil, dass sie auf einem echten Zufall beruhen. In den 70er Jahren des vorigen Jahrhunderts bewies der Physiker Bell, dass die Theorie der „hidden parameters“ falsch sei. D.h. es existieren keine verdeckten Ursachen für die Zufälligkeit quantenmechanischer Ereignisse, wie beispielsweise der Aussendung von Photonen. Der bereits mehrfach erwähnte Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 kann beispielsweise ein 8-Bit-Mikrocontrollerkern oder ein 16-Bit-Mikrocontrollerkern oder ein 32-Bit-Mikrocontrollerkern oder ein 64-Bit-Mikrocontrollerkern oder ein 128-Bit-Mikrocontrollerkern oder dergleichen sein. Der integrierte QKD-Schaltkreis 701 kann ein oder mehrere 8/16/32/15-Bit-Microkontrollerkerne 716 aufweisen, die bevorzugt über ein oder mehrere interne Datenbusse 702 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 auf die anderen Teilvorrichtungen des integrierten QKD-Schaltkreises 701 zugreifen können. Bevorzugt umfasst der integrierte QKD-Schaltkreis 701 ein oder mehrere Datenschnittstellen 717 des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Solche Datenschnittstellen können beispielsweise eine oder mehrere Universelle Asynchrone Receiver Transmittern (UART) zur Unterstützung serieller Hochgeschwindigkeitsdaten sein. Bevorzugt weist der integrierte QKD-Schaltkreis 701 ein oder mehrere Basistakterzeugungen 721 (CLK) des integrierten QKD-Schaltkreises 701 auf, die bevorzugt jeweils einen Basistakt einem oder mehreren Taktgeneratormodule, (Englisch Clock Driver, CLK) 712 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 zur Verfügung stellen. Bevorzugt handelt es sich bei den Basistakterzeugungen 721 (CLK) des integrierten QKD-Schaltkreises 701 um Oszillatoren. Bevorzugt umfasst der integrierte QKD-Schaltkreis 701 auch ein oder mehrere Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltungen 723 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 mit Spannungsreglern, die die Betriebsspannungen für den integrierten QKD-Schaltkreis 701 bereitstellen. Bevorzugt umfasst der integrierte QKD-Schaltkreis 701 auch ein oder mehrere Masseschaltungen 724 des integrierten QKD-Schaltkreises 701, die beispielsweise einen Verpolungsschutz und Schutzschaltungen gegen die Manipulation des elektrischen Potenzials des Halbleitersubstrats des Halbleiterkristalls des integrierten QKD-Schaltkreises 701 umfassen. Beispielsweise ist es sinnvoll, wenn ein oder mehrere der einen oder mehreren Masseschaltungen 724 des integrierten QKD-Schaltkreises 701einen Verpolungsschutz aufweisen. Beispielsweise ist es sinnvoll, wenn ein oder mehrere der einen oder mehreren Masseschaltungen 724 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 und/oder ein oder mehrere der einen oder mehreren Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltungen 723 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 so zusammenwirken, dass die Modulation des Stromverbrauchs und/oder des Innenwiderstands und/oder des Spannungsabfalls zwischen den Versorgungsspannungsanschlüssen des integrierten QKD-Schaltkreises 701 keine Rückschlüsse auf die Betriebsabläufe und/oder Zustände des integrierten QKD-Schaltkreises 701 zumindest zeitweise zulässt.Preferably, the QKD
Preferably, the QKD
The
The
One possibility of attack may be the erasure of the
Each bit of the memory of the
Für die Steuerung anderer Vorrichtungen und/oder für die Kommunikation mit anderen Vorrichtungen und/oder für die Überwachung anderer Vorrichtungen ist es in der Regel sinnvoll, wenn der integrierte QKD-Schaltkreis 701 ein oder mehrere Eingangs-/Ausgangsschaltungen 725 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 aufweist, die in der Regel als digitale Eingänge und/oder als digitale Ausgänge des integrierten QKD-Schaltkreises 701, die bevorzugt auch einen Tristate-Zustand einnehmen können, ausgeführt sind. Der integrierte QKD-Schaltkreis 701 kann einen Analog-zu-Digitalwandler des integrierten QKD-Schaltkreises 701 aufweisen, der es dem Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 erlaubt, interne analoge Werte, wie z.B. die Betriebsspannung und externe analoge Werte zu überwachen. Der Analog-zu-Digitalwandler kann mit einem Analogmultiplexer versehen sein um eine Mehrzahl von internen elektrischen Knoten des integrierten QKD-Schaltkreises 701 auf die Korrektheit der Werte des elektrischen Potenzials gegenüber einem Bezugspotenzial des integrierten QKD-Schaltkreises 701 zu überwachen. Bevorzugt steuert der Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 diesen Analogmultiplexer. Ggf. kann der des integrierte QKD-Schaltkreis 701 mit einer oder mehreren Treiberstufen 792 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 versehen sein, um beispielsweise Aktoren 694 antreiben zu können. Bei diesen Aktoren 694 kann es sich beispielsweise um Motoren und/oder andere ohmsche und/oder induktive und/oder kapazitive Lasten und der gleichen handeln. Eine solche Treiberstufe 792 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 kann beispielsweise eine Halbbrücke des integrierten QKD-Schaltkreises 701 und/oder eine H-Brücke des integrierten QKD-Schaltkreises 701 oder dergleichen sein. Auch ist es denkbar, dass es sich um Leistungsstromquellen des integrierten QKD-Schaltkreises 701 beispielsweise für Leuchtmittel wie LEDs handeln kann.
Die hier vorgelegte Schrift schlägt somit einen integrierten QKD-Schaltkreises 701 insbesondere zur sicheren Steuerung von Vorrichtungen im Automobil vor, der einen Halbleiterkristall umfasst. Bevorzugt ist der integrierte QKD-Schaltkreises 701 in einer CMOS-Schaltungstechnik oder einer bipolaren Schaltungstechnik oder einer BiCMOS-Schaltungstechnik gefertigt. Der integrierte QKD-Schaltkreis 701 umfasst bevorzugt Speicherelemente, einen oder mehrere internen Datenbusse 702 des integrierten QKD-Schaltkreises 701, einen oder mehrere 8/16/32/15-Bit-Microkontrollerkerne 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701, eine oder mehrere Datenschnittstellen des integrierten QKD-Schaltkreises 701 und einen oder mehrere bevorzugt quantenprozessbasierenden Generatoren 715 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 für die Erzeugung echte oder hochqualitativer Zufallszahlen (Englisch: Quantum Random Number Generator: QRNG). Der interne Datenbus 702 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 kann mehrere Datenbusse umfassen. Die Speicherelemente des integrierten QKD-Schaltkreises 701 sind typischerweise mit dem internen Datenbus 702 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 verbunden. Die Datenschnittstellen des integrierten QKD-Schaltkreises 701 sind typischerweise mit dem internen Datenbus 702 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 verbunden. Die einen oder mehreren Generatoren für Zufallszahlen (QRNG) 715 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 sind ebenfalls bevorzugt mit dem internen Datenbus 702 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 verbunden. Die einen oder mehreren Mikrocontrollerkerne 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 sind ebenfalls mit dem internen Datenbus 702 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 bevorzugt verbunden. Die einen oder mehreren Generatoren für Zufallszahlen (QRNG) 715 erzeugen bevorzugt und typischerweise auf Anfrage des Mikrocontrollerkerns 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 eine oder mehrere Zufallszahlen. Bevorzugt erzeugen ein oder mehrere der einen oder mehreren Mikrocontrollerkerne 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 mit Hilfe eines jeweiligen Programms aus einem oder mehreren ihrer Speicherelemente des integrierten QKD-Schaltkreises 701 und mit Hilfe einer oder mehrerer der erzeugten Zufallszahlen einen oder mehrere Schlüssel. Typischerweise verschlüsseln und/oder entschlüsseln ein oder mehrere Mikrocontrollerkerne 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 mit Hilfe eines jeweiligen Programms des betreffenden Mikrocontrollerkerns 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701, das jeweils aus einem oder mehreren ihrer Speicherelemente des integrierten QKD-Schaltkreises 701 stammt, und mit Hilfe eines jeweiligen Schlüssels der erzeugten Schlüssel Daten, die diese Mikrocontrollerkerne 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 typischerweise über eine oder mehrere Datenschnittstellen des integrierten QKD-Schaltkreises 701 der einen oder mehreren Datenschnittstellen des integrierten QKD-Schaltkreises 701 mit Vorrichtungen außerhalb des integrierten QKD-Schaltkreises 701 austauschen. Typischerweise umfasst der Halbleiterkristall alle Teilvorrichtungen des integrierten QKD-Schaltkreises 701 einstückig.
In einer Weiterbildung des integrierten QKD-Schaltkreises 701 umfassen die Speicherelemente des integrierten QKD-Schaltkreises 701 ein oder mehrere Schreib/Lese-Speicher RAM 703 und/oder ein oder mehrere beschreibbare nicht flüchtige Speicher, insbesondere EEPROM-Speicher 704 und/oder Flash-Speicher 704 und/oder OTP-Speicher 704, und/oder ein oder mehrere reine Lesespeicher und/oder ein oder mehrere nicht flüchtige Herstellerspeicher. Der eine Halbleiterspeicher oder die mehreren Herstellerspeicher des integrierten QKD-Schaltkreises 701 können beispielsweise ein oder mehrere Hersteller-ROMs 706 und/oder ein oder mehrere Hersteller EEPROMs und/oder ein oder mehrere Hersteller-Flash-Speicher umfassen.
In einer zweiten Weiterbildung umfasst der Herstellerspeicher des integrierten QKD-Schaltkreises 701 und zwar insbesondere ein Hersteller-ROM 706 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 die Boot-Software für den Start des Mikrocontrollerkerns 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701, um den integrierten QKD-Schaltkreis 701 sicher zu starten.For controlling other devices and/or for communicating with other devices and/or for monitoring other devices, it is usually useful if the QKD
The document presented here thus proposes an
In a development of the
In a second development, the manufacturer memory of the QKD
In einer dritten Weiterbildung weist der integrierte QKD-Schaltkreis 701 eine Hersteller-Speicher Firewall 708 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 zwischen dem Hersteller-Speicher 706 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 und dem internen Datenbus 702 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 auf, die den Zugriff auf den Hersteller-Speicher 706 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 ohne Authentifizierung verhindert.
In einer vierten Weiterbildung weist der integrierten QKD-Schaltkreis 701 eine oder mehrere der folgenden Komponenten auf: Eine Basistakterzeugung 721 (CLK) des integrierten QKD-Schaltkreises 701, eine Taktgeneratorschaltung 712 des integrierten QKD-Schaltkreises 701, eine Rücksetzschaltung 722, eine Stromversorgungs- oder eine Vcc-Schaltung 723 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 mit Spannungsreglern, die die Betriebsspannungen zumindest für den integrierten QKD-Schaltkreises 701 bereitstellen, eine Masseschaltung 724 des integrierten QKD-Schaltkreises 701, eine Eingangs-/Ausgangsschaltung 725 des integrierten QKD-Schaltkreises 701, ein oder mehrere Verarbeitungsmodule des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Dabei kommunizieren die Verarbeitungsmodule des integrierten QKD-Schaltkreises 701 mit dem internen Datenbus 702 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 und damit typischerweise mit einem Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Bevorzugt umfassen die Verarbeitungsmodule des integrierten QKD-Schaltkreises 701 eines oder mehrere der folgenden Module: Ein CRC-Modul (Cyclic Redundancy Check) 711, ein Taktgeneratormodul 712, einen Kryptobeschleuniger 707, insbesondere einen DES-Beschleuniger und/oder einen AES-Beschleuniger 707, ein oder mehrere Zeitgeber-Module 713, ein oder mehrere Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungen 714, ein oder mehrere Datenschnittstellen, insbesondere einen Universellen Asynchronen Receiver Transmitter (UART) 717. In einer weiteren Weiterbildung des integrierten QKD-Schaltkreises 701 ist zumindest eine Datenschnittstelle der einen oder mehreren Datenschnittstellen des integrierten QKD-Schaltkreises 701 eine drahtgebundene automobile Datenbusschnittstelle. In dem Fall kann die drahtgebundene automobile Datenbusschnittstelle beispielsweise eine CAN-Datenbusschnittstelle oder eine CAN-FD-Datenbusschnittstelle oder eine Flexray-Datenbusschnittstelle oder eine PSI5-Datenbusschnittstelle oder eine DSI3-Datenbusschnittstelle oder eine LIN-Datenbusschnittstelle oder eine Ethernet-Datenbusschnittstelle oder eine LIN-Datenbusschnittstelle oder eine MELIBUS-Datenbusschnittstelle sein.
In einer weiteren Weiterbildung des integrierten QKD-Schaltkreises 701 ist zumindest eine Datenschnittstelle der einen oder mehreren Datenschnittstellen des integrierten QKD-Schaltkreises 701 eine drahtlose Datenbusschnittstelle. Die drahtlose Datenbusschnittstelle kann beispielsweise eine WLAN-Schnittstelle oder eine Bluetooth-Schnittstelle sein.In a third development, the QKD
In a fourth development, the
In a further development of the QKD
In einer weiteren Weiterbildung des integrierten QKD-Schaltkreises 701 ist zumindest eine Datenschnittstelle der einen oder mehreren Datenschnittstellen des integrierten QKD-Schaltkreises 701 eine drahtgebundene Datenbusschnittstelle. Die drahtlose Datenbusschnittstelle des integrierten QKD-Schaltkreises 701 kann beispielsweise eine KNX-Datenbusschnittstelle oder eine EIB-Datenbusschnittstelle oder eine DALI-Datenbusschnittstelle oder eine PROFIBUS-Datenbusschnittstelle sein.
Bevorzugt weist der integrierten QKD-Schaltkreises 701 ein oder mehrere drahtlose Datenschnittstellen 726 für die Kommunikation mit anderen Rechnersystemen auf. Beispielsweise kann die Kommunikation des beispielhaften integrierten QKD-Schaltkreises 701 über eine jeweilige Antenne 727 einer jeweiligen drahtlosen Schnittstelle 726 des beispielhaften integrierten QKD-Schaltkreises 701 erfolgen. Dabei sendet die Antenne 427 ein elektromagnetisches Datensignal 728 aus, das die Einzelphotonensendevorrichtung 401, die den beispielhaften integrierten QKD-Schaltkreises 701 bevorzugt umfasst, mit der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 eines anderen Geräts, beispielsweise eines Autos, drahtgebunden oder drahtlos austauscht. Im Falle eines Autoschlüssels als Einzelphotonensendevorrichtung 401, die den des beispielhaften integrierten QKD-Schaltkreises 701 umfasst, tauscht der Autoschlüssel 401 Daten mit der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 des beispielhaft hier genannten Autos bevorzugt mittels der drahtlosen Datenschnittstelle 726 des beispielhaften integrierten QKD-Schaltkreises 701 und der Antenne 427 der Einzelphotonensendevorrichtung 401 aus.
Für die Erzeugung eines polarisationsmodulierten Einzelphotonenstrahls 452 verfügt der integrierte QKD-Schaltkreises 701 bevorzugt über eine Ansteuerungsvorrichtung 729 für die hier n=4 Einzelphotonenquellen 736, 737, 738, 739. Der Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 steuert die Ansteuerungsvorrichtung 729 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 über den internen Datenbus 702 des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Der Mikrocontrollerkern 716 kann dazu Konfigurationsdaten der Ansteuerungsvorrichtung 729 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 mittels des internen Datenbusses 702 zur Ansteuerungsvorrichtung 729 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 übertragen und Statusinformationen der Ansteuerungsvorrichtung 729 über den internen Datenbus 702 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 lesen. Solche Statusinformationen können beispielsweise Messdaten der Einzelphotonenquellen 736 bis 739 oder von Vorrichtungsteile sein, die mit diesen zusammenhängen. Eine Steuerleitung 730 verbindet bevorzugt die Ansteuervorrichtung 729 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 mit einem einstellbaren Spannungsregler 742 des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Die Ansteuervorrichtung 729 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 stellt mittels der Steuerleitung 730 die Spannung zwischen einer Versorgungspannungsleitung 741 der Einzelphotonenquellen 736, 737, 738, 739 und einem Bezugspotenzial ein. Das Bezugspotenzial ist typischerweise ein internes Massepotenzial einer internen Masseleitung des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Der einstellbare Spannungsregler 742 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 erzeugt aus dem Potenzial der Versorgungsspannungsleitung 743 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 das von der Ansteuervorrichtung 729 eingestellte Potenzial der Versorgungspannungsleitung 741 der Einzelphotonenquellen 736, 737, 738, 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 gegenüber dem internen Bezugspotenzial des integrierten QKD-Schaltkreises 701.In a further development of the
The QKD
For the generation of a polarization-modulated single-
Der integrierte QKD-Schaltkreises 701 umfasst typischerweise eine oder mehrere Energieversorgungen 742 für die Einzelphotonenquellen 736 bis 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 bzw. n Einzelphotonenquellen. Die Energiequelle, beispielsweise eine Schlüsselbatterie, versorgt die Energieversorgung 742 der Einzelphotonenquellen 736 bis 739 mit elektrischer Energie über eine Leuchtmittel Versorgungsspannungsleitung 743. Die Energieversorgung 742 regelt die Betriebsspannung der Einzelphotonenquellen 736 bis 739 vorzugsweise mittels eines Linearreglers, um möglichst keine Störungen hervorzurufen. Ggf. führt die Ansteuerungsvorrichtung 729 für die Einzelphotonenquellen 736, 737, 738, 739 die Regelung der Spannung zwischen der Versorgungspannungsleitung 741 der Einzelphotonenquellen des integrierten QKD-Schaltkreises 701 und einem Bezugspotenzial (typischerweise Masse) des integrierten QKD-Schaltkreises 701während der Erzeugung eines QKD-Schlüssels nicht nach, um keine Störungen durch die Regelung zu verursachen. Bevorzugt umfasst die Energieversorgung 742 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 eine kleine Energiereserve, beispielsweise einen Kondensator, zu Stabilisierung.The QKD
Die Versorgungsspannungsleitung 741 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 verbindet die jeweiligen Verbraucher innerhalb des integrierten QKD-Schaltkreises 701 mit ein oder mehrere Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltungen 723 mit Spannungsreglern, die die Betriebsspannungen für das Mikrocontroller-System des integrierten QKD-Schaltkreises 701 und der polarisationsmodulierten Einzelphotonensender des integrierten QKD-Schaltkreises 701 bereitstellen. Die Versorgungsspannungsleitung 741 kann auch mehrere Leitungen umfassen, die beispielsweise jeweils einen Verbraucher elektrischer Energie, also eine Teilvorrichtung des integrierten QKD-Schaltkreises 701, mit jeweils einem Spannungsregler bzw. einer Stromquelle der einen oder mehreren Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltungen 723 verbinden. Der einstellbare einstellbaren Spannungsregler 742 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 baut die Spannung zwischen dem Potenzial der Versorgungsspannungsleitung 743 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 soweit ab, dass das Potenzial der Versorgungspannungsleitung 741 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 der Einzelphotonenquellen 736, 737, 738, 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 gegenüber dem internen Bezugspotenzial des integrierten QKD-Schaltkreises 701 ausreicht, dass der integrierte QKD-Schaltkreises 701 so gerade eben alle Einzelphotonenquellen 736 bis 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 betreiben kann. Die Einzelphotonenquellen 736 bis 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 umfassen jeweils Leuchtmittel 764 und jeweilige Stromquellen 463 der jeweiligen Einzelphotonenquelle der Einzelphotonenquellen 736 bis 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Die jeweilige Stromquelle 763 stellt die Einzelphotonenrate des jeweiligen zugehörigen Leuchtmittels 764 ihrer Einzelphotonenquelle der Einzelphotonenquellen 736 bis 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 in Abhängigkeit von Signalisierungen der ihr zugehörigen Steuerleitung der Steuerleitungen 731 bis 735 für die zugehörige Stromquelle 763 der zugehörigen Einzelphotonenquelle der Einzelphotonenquellen 736 bis 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 ein. Die jeweiligen Stromquellen 763 der jeweilige Einzelphotonenquellen 736 bis 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 führen die eigentliche Einstellung der Photonendichte der Lichtabstrahlung der Einzelphotonenquellen 736 bis 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 durch. Die jeweiligen Stromquellen 763 der jeweilige Einzelphotonenquellen 736 bis 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 führen diese Einstellung in Abhängigkeit von mittels der jeweiligen Steuerleitung der Steuerleitungen 731 bis 734 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 durch die Ansteuervorrichtung 429 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 übermittelten Steuerdaten für die Einzelphotonenquellen 736 bis 739 durch.The
Der Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 steuert die Ansteuervorrichtung 729 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 bevorzugt über den internen Datenbus 702 des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Der Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 tauscht bevorzugt mit der Ansteuerungsvorrichtung 729 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 Daten über den internen Datenbus 702 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 aus.The
Eine erste Steuerleitung 731 verbindet die Ansteuervorrichtung 729 mit der ersten Stromquelle 763 der ersten Einzelphotonenquelle 736. des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Über die erste Steuerleitung 731 für die erste Stromquelle 763 der ersten Einzelphotonenquelle 736 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 steuert die Ansteuervorrichtung 729 den elektrischen Strom durch die erste Stromquelle 763 der ersten Einzelphotonenquelle736 des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Damit steuert die Ansteuervorrichtung 729 den elektrischen Strom durch das erste Leuchtmittel 764 der ersten Einzelphotonenquelle 736 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 mittels der ersten Steuerleitung 731. Auf diese Weise steuert die Ansteuervorrichtung 729 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 das polarisierte erste Leuchtmittel 764 der ersten Einzelphotonenquelle 736 des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Das erste Leuchtmittel 764 der ersten Einzelphotonenquelle 736 strahlt entweder direkt polarisierte Einzelphotonen ab oder strahlt Einzelphotonen unterschiedlicher Polarisationen ab, die Polarisationsfilter oder polarisierende optische Funktionsmittel im nachfolgenden Strahlengang dann polarisieren. Bevorzugt meldet die erste Steuerleitung 731 ggf. auch Statusdaten und/oder Messwerte und/oder andere Zustandsparameter in digitaler oder analoger Form der ersten Einzelphotonenquelle 736 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 und derer Teilvorrichtungen über die Ansteuerungsvorrichtung 729 für die Einzelphotonenquellen 736, 737, 738, 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 an den Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 zurück. Die erste Steuerleitung 731 kann ein oder mehrere digitale oder analoge Signalleitungen umfassen.
Eine zweite Steuerleitung 732 verbindet die Ansteuervorrichtung 729 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 mit der zweiten Stromquelle 763 der zweiten Einzelphotonenquelle 737 des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Über die zweite Steuerleitung 732 für die zweite Stromquelle 763 der zweiten Einzelphotonenquelle 737 steuert die Ansteuervorrichtung 729 den elektrischen Strom durch die zweite Stromquelle 763 der zweiten Einzelphotonenquelle 737. Damit steuert die Ansteuervorrichtung 729 den elektrischen Strom durch das zweite Leuchtmittel 764 der zweiten Einzelphotonenquelle 737 mittels der zweiten Steuerleitung 732. Auf diese Weise steuert die Ansteuervorrichtung 729 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 das polarisierte zweite Leuchtmittel 764 der zweiten Einzelphotonenquelle 737 des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Das zweite Leuchtmittel 764 der zweiten Einzelphotonenquelle 737 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 strahlt entweder direkt polarisierte Einzelphotonen ab oder strahlt Einzelphotonen unterschiedlicher Polarisationen ab, die Polarisationsfilter oder polarisierende optische Funktionsmittel im nachfolgenden Strahlengang dann polarisieren. Bevorzugt meldet die zweite Steuerleitung 732 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 ggf. auch Statusdaten und/oder Messwerte und/oder andere Zustandsparameter in digitaler oder analoger Form der zweiten Einzelphotonenquelle 737 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 und dererTeilvorrichtungen über die Ansteuerungsvorrichtung 729 für die Einzelphotonenquellen 736, 737, 738, 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 an den Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 zurück. Die zweite Steuerleitung 732 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 kann ein oder mehrere digitale oder analoge Signalleitungen umfassen.
Eine dritte Steuerleitung 733 verbindet die Ansteuervorrichtung 729 mit der dritten Stromquelle 763 der dritten Einzelphotonenquelle 738 des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Über die dritte Steuerleitung 733 für die dritte Stromquelle 763 der dritten Einzelphotonenquelle 738 steuert die Ansteuervorrichtung 729 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 den elektrischen Strom durch die dritte Stromquelle 763 der dritten Einzelphotonenquelle 738 des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Damit steuert die Ansteuervorrichtung 729 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 den elektrischen Strom durch das dritte Leuchtmittel 764 der dritten Einzelphotonenquelle 738 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 mittels der dritten Steuerleitung 733. Auf diese Weise steuert die Ansteuervorrichtung 729 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 das polarisierte dritte Leuchtmittel 764 der dritten Einzelphotonenquellet 738 des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Das dritte Leuchtmittel 764 der dritten Einzelphotonenquelle 738 strahlt entweder direkt polarisierte Einzelphotonen ab oder strahlt Einzelphotonen unterschiedlicher Polarisationen ab, die Polarisationsfilter oder polarisierende optische Funktionsmittel im nachfolgenden Strahlengang dann polarisieren. Bevorzugt meldet die dritte Steuerleitung 733 ggf. auch Statusdaten und/oder Messwerte und/oder andere Zustandsparameter in digitaler oder analoger Form der dritten Einzelphotonenquelle 738 und derer Teilvorrichtungen über die Ansteuerungsvorrichtung 729 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 für die Einzelphotonenquellen 736, 737, 738, 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 an den Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 zurück. Die dritte Steuerleitung 733 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 kann ein oder mehrere digitale oder analoge Signalleitungen umfassen.
Eine vierte Steuerleitung 734 verbindet die Ansteuervorrichtung 729 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 mit der vierten Stromquelle 763 der vierten Einzelphotonenquelle 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Über die vierte Steuerleitung 734 für die vierte Stromquelle 763 der vierten Einzelphotonenquelle 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 steuert die Ansteuervorrichtung 729 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 den elektrischen Strom durch die vierte Stromquelle 763 der vierten Einzelphotonenquelle 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Damit steuert die Ansteuervorrichtung 729 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 den elektrischen Strom durch das vierte Leuchtmittel 764 der vierten Einzelphotonenquelle 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 mittels der vierten Steuerleitung 734. Auf diese Weise steuert die Ansteuervorrichtung 729 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 das polarisierte vierte Leuchtmittel 764 der vierten Einzelphotonenquelle 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Das vierte Leuchtmittel 764 der vierten Einzelphotonenquelle 739 strahlt entweder direkt polarisierte Einzelphotonen ab oder strahlt Einzelphotonen unterschiedlicher Polarisationen ab, die Polarisationsfilter oder polarisierende optische Funktionsmittel im nachfolgenden Strahlengang dann polarisieren. Bevorzugt meldet die vierte Steuerleitung 734 ggf. auch Statusdaten und/oder Messwerte und/oder andere Zustandsparameter in digitaler oder analoger Form der vierten Einzelphotonenquelle 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 und derer Teilvorrichtungen über die Ansteuerungsvorrichtung 729 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 für die Einzelphotonenquellen 736, 737, 738, 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 an den Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 zurück. Die vierte Steuerleitung 735 kann ein oder mehrere digitale oder analoge Signalleitungen umfassen.A
A
A
A
In dem Beispiel der
Der integrierte QKD-Schaltkreise 701 kann n Einzelphotonenquellen mit n als ganzer positiver Zahl größer 1 aufweisen. Dieser allgemeine Fall ist in der
The QKD
Sofern der integrierte QKD-Schaltkreis 701 n Einzelphotonenquellen umfasst, verbindet eine n-te Steuerleitung des integrierten QKD-Schaltkreises 701 die Ansteuervorrichtung 729 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 mit der n-ten Stromquelle 763 der n-ten Einzelphotonenquelle des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Über die n-te Steuerleitung für die n-te Stromquelle 763 der n-ten Einzelphotonenquelle des integrierten QKD-Schaltkreises 701 steuert die Ansteuervorrichtung 729 den elektrischen Strom durch die n-te Stromquelle 763 der n-ten Einzelphotonenquelle des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Damit steuert die Ansteuervorrichtung 729 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 den elektrischen Strom durch das n-te Leuchtmittel 764 der n-ten Einzelphotonenquelle des integrierten QKD-Schaltkreises 701 mittels der n-ten Steuerleitung. Auf diese Weise steuert die Ansteuervorrichtung 729 das polarisierte n-te Leuchtmittel 764 der n-ten Einzelphotonenquelle des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Das n-te Leuchtmittel 764 der n-ten Einzelphotonenquelle strahlt entweder direkt polarisierte Einzelphotonen ab oder strahlt Einzelphotonen unterschiedlicher Polarisationen ab, die Polarisationsfilter oder polarisierende optische Funktionsmittel im nachfolgenden Strahlengang dann polarisieren. Bevorzugt meldet die n-te Steuerleitung des integrierten QKD-Schaltkreises 701 ggf. auch Statusdaten und/oder Messwerte und/oder andere Zustandsparameter in digitaler oder analoger Form der n-ten Einzelphotonenquelle des integrierten QKD-Schaltkreises 701 und derer Teilvorrichtungen über die Ansteuerungsvorrichtung 729 für die Einzelphotonenquellen mit k=1 bis n an den Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 zurück. Die n-te Steuerleitung des integrierten QKD-Schaltkreises 701 kann ein oder mehrere digitale oder analoge Signalleitungen umfassen.If the QKD
Die erste Einzelphotonenquelle 736 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 umfasst typischerweise ein polarisiertes erstes Leuchtmittel 764 und eine erste Stromquelle 763. Das erste Leuchtmittel 746 ist bevorzugt eine Silizium PN-Leuchtdiode oder eine SPAD-Diode, die als Leuchtmittel verwendet wird. Die erste Stromquelle 763 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 bestromt das erste Leuchtmittel 764 der ersten Einzelphotonenquelle 736 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 so kurz und mit so geringer Energie, dass das erste Leuchtmittel 764 der ersten Einzelphotonenquelle 736 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 im Wesentlichen nur einzelne, räumlich und zeitlich voneinander getrennte Photonen aussendet. Bevorzugt ist diese Bestromung des ersten Leuchtmittels 764 der ersten Einzelphotonenquelle 736 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 durch die erste Stromquelle 763 der ersten Einzelphotonenquelle 736 kürzer als 1ns, besser kürzer als 500ps, besser kürzer als 200ps, besser kürzer als 100ps, besser kürzer als 50ps, besser kürzer als 20ps, besser kürzer als 10ps, besser kürzer als 5ps, besser kürzer als 2ps, besser kürzer als 1ps. Ganz besonders bevorzugt ist diese Bestromung des ersten Leuchtmittels 764 der ersten Einzelphotonenquelle 736 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 durch die erste Stromquelle 763 der ersten Einzelphotonenquelle 736 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 kürzer als 10ps.The first
Die zweite Einzelphotonenquelle 737 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 umfasst typischerweise ein polarisiertes zweites Leuchtmittel 764 und eine zweite Stromquelle 763. Das zweite Leuchtmittel 746 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 ist bevorzugt eine Silizium PN-Leuchtdiode oder eine SPAD-Diode, die als Leuchtmittel verwendet wird. Die zweite Stromquelle 763 bestromt das zweite Leuchtmittel 764 der zweiten Einzelphotonenquelle 737 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 so kurz und mit so geringer Energie, dass das zweite Leuchtmittel 764 der zweiten Einzelphotonenquelle 737 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 im Wesentlichen nur einzelne, räumlich und zeitlich voneinander getrennte Einzelphotonen aussendet. Bevorzugt ist diese Bestromung des zweiten Leuchtmittels 764 der zweiten Einzelphotonenquelle 737 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 durch die zweite Stromquelle 763 der zweiten Einzelphotonenquelle 737 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 kürzer als 1ns, besser kürzer als 500ps, besser kürzer als 200ps, besser kürzer als 100ps, besser kürzer als 50ps, besser kürzer als 20ps, besser kürzer als 10ps, besser kürzer als 5ps, besser kürzer als 2ps, besser kürzer als 1ps. Ganz besonders bevorzugt ist diese Bestromung des zweiten Leuchtmittels 764 der zweiten Einzelphotonenquelle 737 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 durch die zweite Stromquelle 763 der zweiten Einzelphotonenquelle 737 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 kürzer als 10ps.The second
Die dritte Einzelphotonenquelle 738 umfasst typischerweise ein polarisiertes drittes Leuchtmittel 764 und eine dritte Stromquelle 763. Das dritte Leuchtmittel 746 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 ist bevorzugt eine Silizium PN-Leuchtdiode oder eine SPAD-Diode, die als Leuchtmittel verwendet wird. Die dritte Stromquelle 763 bestromt das dritte Leuchtmittel 764 der dritten Einzelphotonenquelle 738 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 so kurz und mit so geringer Energie, dass das dritte Leuchtmittel 764 der dritten Einzelphotonenquelle 738 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 im Wesentlichen nur einzelne, räumlich und zeitlich voneinander getrennte Einzelphotonen aussendet. Bevorzugt ist diese Bestromung des dritten Leuchtmittels 764 der dritten Einzelphotonenquelle 738 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 durch die dritte Stromquelle 763 der dritten Einzelphotonenquelle 738 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 kürzer als 1ns, besser kürzer als 500ps, besser kürzer als 200ps, besser kürzer als 100ps, besser kürzer als 50ps, besser kürzer als 20ps, besser kürzer als 10ps, besser kürzer als 5ps, besser kürzer als 2ps, besser kürzer als 1ps. Ganz besonders bevorzugt ist diese Bestromung des dritten Leuchtmittels 764 der dritten Einzelphotonenquelle 738 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 durch die dritte Stromquelle 763 der dritten Einzelphotonenquelle 738 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 kürzer als 10ps.The third
Die vierte Einzelphotonenquelle 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 umfasst typischerweise ein polarisiertes viertes Leuchtmittel 764 und eine vierte Stromquelle 763. Das vierte Leuchtmittel 746 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 ist bevorzugt eine Silizium PN-Leuchtdiode oder eine SPAD-Diode, die als Leuchtmittel verwendet wird. Die vierte Stromquelle 763 bestromt das vierte Leuchtmittel 764 der vierten Einzelphotonenquelle 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 so kurz und mit so geringer Energie, dass das vierte Leuchtmittel 764 der vierten Einzelphotonenquelle 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 im Wesentlichen nur einzelne, räumlich und zeitlich voneinander getrennte Einzelphotonen aussendet. Bevorzugt ist diese Bestromung des vierten Leuchtmittels 764 der vierten Einzelphotonenquelle 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 durch die vierte Stromquelle 763 der vierten Einzelphotonenquelle 739 kürzer als 1ns, besser kürzer als 500ps, besser kürzer als 200ps, besser kürzer als 100ps, besser kürzer als 50ps, besser kürzer als 20ps, besser kürzer als 10ps, besser kürzer als 5ps, besser kürzer als 2ps, besser kürzer als 1ps. Ganz besonders bevorzugt ist diese Bestromung des vierten Leuchtmittels 764 der vierten Einzelphotonenquelle 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 durch die vierte Stromquelle 763 der vierten Einzelphotonenquelle 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 kürzer als 10ps.The fourth
Im nicht in den Figuren gezeigten Fall von n Einzelphotonenquellen als Teil des integrierten QKD-Schaltkreises 701 umfasst die n-te Einzelphotonenquelle des integrierten QKD-Schaltkreises 701 typischerweise ein polarisiertes n-tes Leuchtmittel 764 und eine n-te Stromquelle 763. Die n-te Stromquelle 763 bestromt das n-te Leuchtmittel 764 der n-en Einzelphotonenquelle des integrierten QKD-Schaltkreises 701 bevorzugt so kurz und mit so geringer Energie, dass das n-te Leuchtmittel 764 der n-ten Einzelphotonenquelle des integrierten QKD-Schaltkreises 701 im Wesentlichen nur einzelne, räumlich und zeitlich voneinander getrennte Einzelphotonen aussendet. Bevorzugt ist diese Bestromung des n-ten Leuchtmittels 764 der n-ten Einzelphotonenquelle des integrierten QKD-Schaltkreises 701 durch die n-te Stromquelle 763 der n-ten Einzelphotonenquelle des integrierten QKD-Schaltkreises 701 kürzer als 1ns, besser kürzer als 500ps, besser kürzer als 200ps, besser kürzer als 100ps, besser kürzer als 50ps, besser kürzer als 20ps, besser kürzer als 10ps, besser kürzer als 5ps, besser kürzer als 2ps, besser kürzer als 1ps. Ganz besonders bevorzugt ist diese Bestromung des n-ten Leuchtmittels 764 der n-ten Einzelphotonenquelle des integrierten QKD-Schaltkreises 701 durch die n-te Stromquelle 763 der n-ten Einzelphotonenquelle des integrierten QKD-Schaltkreises 701 kürzer als 10ps.In the case, not shown in the figures, of n single photon sources as part of the QKD
In dem Beispiel der
Ein wesentlich geringeres Problem sind unterschiedliche Einzelphotonendichten der Einzelphotonenquellen 736 bis 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701, da diese einstückig im gleichen Halbleiterschaltungsherstellprozess gefertigt sind. Trotzdem zeigt der integrierte QKD-Schaltkreis 701 einen Fotodetektor 751 analog zum Fotodetektor 451 der
Vorzugsweise ist der integrierte QKD-Schaltkreises 701 Teil einer Einzelphotonensendevorrichtung, wie sie die
Im Falle eines Schlüssels umfasst die des integrierten QKD-Schaltkreises 701 bevorzugt Schaltkreise zur Unterstützung einer Mensch-Maschine-Schnittstelle 765 (HMI-Schnittstelle mit HMI=Human Machine Interface), um eine Kommunikation zwischen dem integrierten QKD-Schaltkreis 701 einerseits und der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 des OKD-gekoppelten zu steuernden Geräts (z.B. eines Autos) mit einer das System bedienenden Person zu ermöglichen. Als Beispiel nimmt die hier vorgelegte Schrift einen Autoschlüssel als Einzelphotonensendevorrichtung 401 und ein beispielhaftes Auto als zu kontrollierendes Gerät mit einer Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 an. Die Einzelphotonenensendevorrichtung 401 des Autoschlüssels umfasst in diesem Sinne einen integrierten QKD-Schaltkreis 701. In Sinne der hier vorgelegten Schrift verbindet der Unterstützungsschaltkreis des integrierten QKD-Schaltkreises 701 für die HMI-Schnittstelle (HMI=Human Machine Interface) 765 einen Unterstützungsschaltkreis 766 für ein Eingabeterminal 466 für die Interaktion mit einer benutzenden Person mit dem Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 über den internen Datenbus 702 des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Der Unterstützungsschaltkreis 766 des Eingabeterminals 466 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 kann beispielsweise im Falle eines Autoschlüssels bevorzugt die Ansteuerung und Auslesung eines oder mehrerer Taster 467 oder eines oder mehrerer Schalter 467 oder andere mechanische Eingabevorrichtungen für manuelle Eingaben mittels eines Unterstützungsschaltkreises 767 für das Auslesen und/oder Ansteuern solcher Taster und Schalter umfassen. Auch kann der Unterstützungsschaltkreis 766 für das Eingabeterminal 466 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 beispielsweise im Falle eines Autoschlüssels bevorzugt einen Unterstützungsschaltkreis 768 zum Betreib eines oder mehrerer biometrische Sensoren 468 umfassen. Bei den durch diesen Unterstützungsschaltkreis 768 unterstützen biometrische Sensoren 468 kann es sich beispielsweise um einen oder mehrere Fingerabdrucksensoren und/oder ein oder mehrere Kameras und/oder um eine oder mehrere Mikrofone und/oder ein oder mehrere Sprachanalysevorrichtungen und/oder ein oder mehrere Sprechererkennungsvorrichtungen und/oder ein oder mehrere Gesichtserkennungsvorrichtungen und/oder einen oder mehrere Retina-Scanner oder dergleichen handeln. Auch kann der Unterstützungsschaltkreis 766 für das Eingabeterminal 466 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 beispielsweise im Falle eines Autoschlüssels bevorzugt einen Unterstützungsschaltkreis 770 für einen oder mehrere Aktoren 470 für Rückmeldungen des integrierten QKD-Schaltkreises 701 an die benutzende Person handeln. Ein durch diesen Unterstützungsschaltkreis 770 ansteuerbarer und/oder auslesbarer Aktor 470 im Sinne der hier vorgelegten Schrift kann beispielsweise ein mechanischer Vibrationsgeber oder ein Lautsprecher oder ein Piepser die ein anderer Schallwandler oder ein Heizer oder dergleichen sein. Der Aktor 470 dient typischerweise der Übermittlung eines mechanischen Signals des integrierten QKD-Schaltkreises 701 an den Benutzer. Er kann aber auch deren mechanischen Zwecken dienen. Neben diesen mechanisch/thermischen Rückkopplungen kann der Unterstützungsschaltkreis 766 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 für das Eingabeterminal 466 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 beispielsweise im Falle eines Autoschlüsselt bevorzugt Unterstützungsschaltkreise 769 für ein oder mehrere optische Signalisierungsmittel 469 beispielsweise in Form eines optischen Ausgabeelements für Signalisierungen des integrierten QKD-Schaltkreises 701 an einen Nutzer umfassen. Die durch diesen Unterstützungsschaltkreis 769 unterstützen optischen Signalisierungsmittel 469 können ein oder mehrere Bildschirme und/oder ein oder mehrere Leuchtmittel und/oder ein oder mehrere Mittel, die ihre Absorptionseigenschaften ändern, wie beispielsweise LCD-Anzeigen oder e-Ink-Anzeigen umfassen. Bevorzugt umfasst des integrierten QKD-Schaltkreises 701 einen Unterstützungsschaltkreis 1709 für ein oder mehrere Mittel 1409 zur Identifikation einer Person, die Einzelphotonensendevorrichtung 401 benutzt, die den integrierten QKD-Schaltkreis 701 aufweist. Beispielsweise kann es sich bei dem Unterstützungsschaltkreis 1709 für die Mittel 1409 zur Identifikation einer die Einzelphotonensendevorrichtung 401 benutzende Person um einen Schaltkreis zur Ansteuerung einer SIM-Karte (SIM=Subscriber Identification Module) handeln. Ggf. kann die Einzelphotonensendevorrichtung 401 also ein Mobiltelefon oder ein Smartphone mit dem integrierten QKD-Schaltkreis 701 sein. Eine der drahtlosen Datenschnittstellen des integrierten QKD-Schaltkreises 701 kann somit beispielsweise eine Mobilfunkdatenschnittstelle in ein Mobilfunknetz oder ein WLAN-Netz oder dergleichen sein. Es kann daher u.a. auch sinnvoll sein, wenn der integrierte QKD-Schaltkreis 701 einen Authentifizierungsdatenkanal zu dem Server eines Service-Anbieters, beispielsweise eines Automobilherstellers, über diese Schnittstelle aufbauen kann.In the case of a key, the QKD
Der integrierte QKD-Schaltkreis 701 umfasst bevorzugt ein oder mehrere drahtlose und/oder drahtgebundene Datenschnittstellen 726. Der Datenübertragungskanal 428 zu einer Einzelphotonensendevorrichtung 401 kann drahtgebunden oder drahtlos sein. Im Falle eines Autos ist der Datenübertragungskanal 428 bevorzugt drahtlos. Der Datenübertragungskanal 428 ist dann typischerweise ein elektromagnetisches Datensignal das der integrierte QKD-Schaltkreis 701 mit einer Einzelphotonensendevorrichtung 401 drahtlos austauscht. Im Falle eines Autos mit dem integrierte QKD-Schaltkreis 701, tauscht das Auto Daten mit der Einzelphotonensendevorrichtung 401 bevorzugt mittels einer drahtlosen Datenschnittstelle 726 und deren Antenne 727 aus. Im Falle eines drahtgebundenen Datenübertragungskanals ist der Datenübertragungskanal dann typischerweise ein elektromagnetisches Datensignal das der integrierte QKD-Schaltkreis 701 mit der Einzelphotonensendevorrichtung 401 drahtgebunden austauscht. In diesem Fall einer drahtlosen Datenschnittstelle umfasst der integrierte QKD-Schaltkreis 701 typischerweise eine oder mehrere jeweilige Antennen 727 der jeweiligen drahtlosen Schnittstelle 726.The QKD
Der integrierte QKD-Schaltkreis 701 umfasst bevorzugt eine Auswerteschaltung 772 für die Empfangssignale 773 bis 776 der Einzelphotonendetektoren 777 bis 780 für unterschiedlich polarisierte Einzelphotonen. Die Auswerteschaltung 772 empfängt Messwerte in Form von Signalisierungen der Einzelphotonendetektoren 777 bis 780 für unterschiedlich polarisierte Einzelphotonen über die besagten Empfangssignale 773 bis 776. Die Auswerteschaltung 772 verarbeitet diese Messwerte und stellt das Ergebnis dieser Verarbeitung dem Mikrocontrollerkern 716 über den internen Datenbus 702 zur Verfügung.The
Der integrierte QKD-Schaltkreis 701 umfasst bevorzugt ein Einzelphotonendetektorsystem 1703 für den Empfang eines polarisationsmodulierten Einzelphotonensignals. Das Einzelphotonendetektorsystem 1703 umfasst bevorzugt n Empfangskanäle für Einzelphotonen. Die Empfangskanäle detektieren jeweils die Einzelphotonen mit einer Drehung der Polarisationseben von (k-1)/(2*n)*360° bezogen auf eine Basisrichtung detektieren. Die Empfangskanäle können fortlaufend beginnend mit 1 durchnummeriert werden. Hierbei ist k die Nummer des Empfangskanals. Hierbei ist n die Anzahl der Empfangskanäle und k eine Zahl mit 1≤k≤n. Das Einzelphotonendetektorsystem stellt dem Mikrocontrollerkern 716 Daten zu den Empfangenen Einzelphotonen zu Verfügung, wobei diese Daten bevorzugt die Polarisationsrichtung und den Zeitraum bzw. Zeitpunkt des Empfangs umfassen. Das beispielhafte Einzelphotonendetektorsystem 1703 umfasst bevorzugt einen ersten Einzelphotonendetektor 777 für horizontal polarisierte Einzelphotonen und einen zweiten Einzelphotonendetektor 778 für vertikal polarisierte Einzelphotonen und einen dritten Einzelphotonendetektor 779 für +45° polarisierte Einzelphotonen und einen vierten Einzelphotonendetektor 780 für -45° polarisierte Einzelphotonen. Das vorgeschlagene Einzelphotonendetektorsystem 1703 ist bevorzugt ein Einzelphotonendetektorsystem 1703 für polarisationsmodulierte Einzelphotonen. Das Einzelphotonendetektorsystem 1703 umfasst bevorzugt n Empfangskanäle für Einzelphotonen. Die Empfangskanäle detektieren jeweils die Einzelphotonen mit einer Drehung der Polarisationseben von (k-1)/(2*n)*360° bezogen auf eine Basisrichtung detektieren. Die Empfangskanäle können fortlaufend beginnend mit 1 durchnummeriert werden. Hierbei ist k die Nummer des Empfangskanals. Hierbei ist n die Anzahl der Empfangskanäle und k eine Zahl mit 1≤k≤n. Das Einzelphotonendetektorsystem stellt dem Mikrocontrollerkern 716 Daten zu den empfangenen Einzelphotonen zu Verfügung, wobei diese Daten bevorzugt die Polarisationsrichtung und den Zeitraum bzw. Zeitpunkt des Empfangs umfassen.The QKD
Der integrierte QKD-Schaltkreis 701 umfasst bevorzugt einen ersten Einzelphotonendetektor 777 für horizontal polarisierte Einzelphotonen, beispielsweise eine erste SPAD-Diode. Die hier vorgelegte Schrift geht davon aus, dass der ersten Einzelphotonendetektor 777 im Falle einer SPAD-Diode die Ansteuerschaltung und Auswerteschaltung zum Betreiben der SPAD-Diode umfasst. Bevorzugt umfasst das Halbleitersubstrat der des Mikrocontrollerkerns 716 auch die erste SPAD-Diode mit den nötigen Betriebsschaltungen und den Anschluss an eine Versorgungsspannung und damit den ersten Einzelphotonendetektor 777. Der erste Einzelphotonendetektor für horizontal polarisierte Einzelphotonen 777 ist so in den integrierten QKD-Schaltkreis 701 integriert, dass der erste Einzelphotonendetektor für horizontal polarisierte Einzelphotonen 777 im Wesentlichen nur horizontal polarisierte Einzelphotonen des QKD-Kopplungsstrahls 452, der von einer Einzelphotonensendevorrichtung 401, beispielsweise einem Autoschlüssel, ausgesendet wird, erfasst. Die Konstruktion des ersten Einzelphotonendetektors 777 kann beispielsweise bereits sicherstellen, dass der erste Einzelphotonendetektor 777 für horizontal polarisierte Einzelphotonen im Wesentlichen nur horizontal polarisierte Einzelphotonen des QKD-Kopplungsstrahls 452 erfasst. Eine solche Konstruktion kann beispielsweise ein erstes mikrooptisches Gitter als Polarisationsvorrichtung vorsehen, dass nur Einzelphotonen einer horizontalen Polarisationsrichtung durchlässt. Eine solche Konstruktion kann aber beispielsweise auch den zweiten polarisierenden Strahlteiler 684 als mikrointegriertes mikrooptisches Funktionselement und den zweiten Einzelphotonendetektor 778 umfassen. Der erste Einzelphotonendetektor 777 wandelt die empfangenen Einzelphotonen des dritten horizontal polarisierten Einzelphotonenstroms in ein erstes Empfangssignal 773 des ersten Einzelphotonendetektors 777 für horizontal polarisierte Einzelphotonen 773. Der erste Einzelphotonendetektor 777 wandelt also bevorzugt im Wesentlichen nur die empfangenen horizontal polarisierten Einzelphotonen in das erste Empfangssignal 773 des ersten Einzelphotonendetektors 777 für horizontal polarisierte Einzelphotonen um. Ein erstes Empfangssignal 773 des ersten Einzelphotonendetektors 777 für horizontal polarisierte Einzelphotonen 777 signalisiert der Auswerteschaltung 772 den Empfang von Einzelphotonen.The QKD
Der integrierte QKD-Schaltkreis 701 umfasst bevorzugt einen zweiten Einzelphotonendetektor 778 für vertikal polarisierte Einzelphotonen, beispielsweise eine zweite SPAD-Diode. Die hier vorgelegte Schrift geht davon aus, dass der zweite Einzelphotonendetektor 778 im Falle einer SPAD-Diode die Ansteuerschaltung und Auswerteschaltung zum Betreiben der SPAD-Diode umfasst. Bevorzugt umfasst das Halbleitersubstrat des Mikrocontrollerkerns 716 auch die zweite SPAD-Diode mit den nötigen Betriebsschaltungen und den Anschluss an eine Versorgungsspannung und damit den zweiten Einzelphotonendetektor 778. Der zweite Einzelphotonendetektor für vertikal polarisierte Einzelphotonen 778 ist bevorzugt so in den integrierten QKD-Schaltkreis 701 integriert, dass der zweite Einzelphotonendetektor für vertikal polarisierte Einzelphotonen 778 im Wesentlichen nur vertikal polarisierte Einzelphotonen des QKD-Kopplungsstrahls 452 erfasst. Die Konstruktion des zweiten Einzelphotonendetektors 778 kann beispielsweise bereits sicherstellen, dass der zweite Einzelphotonendetektor für vertikal polarisierte Einzelphotonen 778 im Wesentlichen nur vertikal polarisierte Einzelphotonen des QKD-Kopplungsstrahls 452 erfasst. Eine solche Konstruktion kann beispielsweise ein zweites mikrooptisches Gitter als Polarisationsvorrichtung vorsehen, dass nur Einzelphotonen einer vertikalen Polarisationsrichtung durchlässt. Eine solche Konstruktion kann aber beispielsweise auch den zweiten polarisierenden Strahlteiler 784 als mikrointegriertes mikrooptisches Funktionselement und den ersten Einzelphotonendetektor 777 umfassen. Der zweite Einzelphotonendetektor 778 wandelt die empfangenen Einzelphotonen des vierten horizontal polarisierten Einzelphotonenstroms 786 in ein zweites Empfangssignal 774 des zweiten Einzelphotonendetektors 778 für vertikal polarisierte Einzelphotonen. Der zweite Einzelphotonendetektor 778 wandelt also bevorzugt im Wesentlichen nur die empfangenen vertikal polarisierten Einzelphotonen in das zweite Empfangssignal 774 des zweiten Einzelphotonendetektors 778 für vertikal polarisierte Einzelphotonen um. Ein zweites Empfangssignal 774 des zweiten Einzelphotonendetektors 778 für vertikal polarisierte Einzelphotonen 778 signalisiert der Auswerteschaltung 772 den Empfang von Einzelphotonen.
Der integrierte QKD-Schaltkreis 701 umfasst bevorzugt einen dritten Einzelphotonendetektor 779 für +45° polarisierte Einzelphotonen, beispielsweise eine dritte SPAD-Diode. Die hier vorgelegte Schrift geht davon aus, dass der dritte Einzelphotonendetektor 778 im Falle einer SPAD-Diode die Ansteuerschaltung und Auswerteschaltung zum Betreiben der SPAD-Diode umfasst. Bevorzugt umfasst das Halbleitersubstrat der des Mikrocontrollerkerns 716 auch die dritte SPAD-Diode und damit den dritten Einzelphotonendetektor 779. Der dritte Einzelphotonendetektor für +45° polarisierte Einzelphotonen 779 ist bevorzugt so in die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 701 integriert, dass der dritte Einzelphotonendetektor für +45°polarisierte Einzelphotonen 779 im Wesentlichen nur +45°polarisierte Einzelphotonen des OKD-Kopplungsstrahls 452 erfasst. Die Konstruktion des dritten Einzelphotonendetektors 779 kann beispielsweise bereits sicherstellen, dass der dritte Einzelphotonendetektor für horizontal polarisierte Einzelphotonen 779 im Wesentlichen nur +45° polarisierte Einzelphotonen des OKD-Kopplungsstrahls 452 erfasst. Eine solche Konstruktion kann beispielsweise ein drittes +45° orientiertes mikrooptisches Gitter als Polarisationsvorrichtung auf der Oberfläche einer dritten SPAD-Diode, also an deren Lichteintrittspforte, vorsehen, das nur Einzelphotonen einer +45° orientierten Polarisationsrichtung durchlässt. Eine solche Konstruktion kann aber beispielsweise auch den dritten polarisierenden Strahlteiler 690 als mikrointegriertes mikrooptisches Funktionselement und den vierten Einzelphotonendetektor 780 umfassen. Der dritte Einzelphotonendetektor 779 wandelt die empfangenen Einzelphotonen des fünften +45° polarisierten Einzelphotonenstroms 1605 in ein drittes Empfangssignal 775 des dritten Einzelphotonendetektors 779 für +45° polarisierte Einzelphotonen 775. Der dritte Einzelphotonendetektor 779 wandelt also bevorzugt im Wesentlichen nur die empfangenen +45° polarisierten Einzelphotonen in das dritte Empfangssignal 775 des dritten Einzelphotonendetektors 779 für +45° polarisierte Einzelphotonen um. Ein drittes Empfangssignal 775 des dritten Einzelphotonendetektors 779 für +45° polarisierte Einzelphotonen 779 signalisiert der Auswerteschaltung 772 den Empfang von Einzelphotonen.
Der integrierte QKD-Schaltkreis 701 umfasst bevorzugt einen vierten Einzelphotonendetektor 780 für -45° polarisierte Einzelphotonen, beispielsweise eine vierte SPAD-Diode. Die hier vorgelegte Schrift geht davon aus, dass der vierte Einzelphotonendetektor 779 im Falle einer SPAD-Diode die Ansteuerschaltung und Auswerteschaltung zum Betreiben der SPAD-Diode umfasst. Bevorzugt umfasst das Halbleitersubstrat der des Mikrocontrollerkerns 716 auch die vierte SPAD-Diode und damit den vierten Einzelphotonendetektor 780. Der vierte Einzelphotonendetektor für -45° polarisierte Einzelphotonen 780 ist bevorzugt so in den integrierten QKD-Schaltkreis 701 integriert, dass der vierte Einzelphotonendetektor für -45°polarisierte Einzelphotonen 780 im Wesentlichen nur -45°polarisierte Einzelphotonen des OKD-Kopplungsstrahls 452 erfasst. Die Konstruktion des vierten Einzelphotonendetektors 780 kann beispielsweise bereits sicherstellen, dass der dritte Einzelphotonendetektor für horizontal polarisierte Einzelphotonen 780 im Wesentlichen nur -45° polarisierte Einzelphotonen des QKD-Kopplungsstrahls 452 erfasst. Eine solche Konstruktion kann beispielsweise ein drittes -45° orientiertes mikrooptisches Gitter als Polarisationsvorrichtung auf der Oberfläche einer vierten SPAD-Diode, also an deren Lichteintrittspforte, vorsehen, das nur Einzelphotonen einer -45° orientierten Polarisationsrichtung durchlässt. Eine solche Konstruktion kann aber beispielsweise auch den dritten polarisierenden Strahlteiler 790 als mikrointegriertes mikrooptisches Funktionselement und den dritten Einzelphotonendetektor 779 umfassen. Der vierte Einzelphotonendetektor 780 wandelt die empfangenen Einzelphotonen des sechsten +45° polarisierten Einzelphotonenstroms 791 in ein viertes Empfangssignal 780 des vierten Einzelphotonendetektors 780 für -45° polarisierte Einzelphotonen 776. Der vierte Einzelphotonendetektor 780 wandelt also bevorzugt im Wesentlichen nur die empfangenen -45° polarisierten Einzelphotonen in das vierte Empfangssignal 776 des vierten Einzelphotonendetektors 780 für -45° polarisierte Einzelphotonen um. Ein viertes Empfangssignal 776 des vierten Einzelphotonendetektors 780 für -45° polarisierte Einzelphotonen 780 signalisiert der Auswerteschaltung 772 den Empfang von Einzelphotonen.
Der integrierte QKD-Schaltkreis 701 umfasst bevorzugt eine Versorgungsspannungsleitung 743. Die Versorgungsspannungsleitung 743 verbindet die jeweiligen Verbraucher innerhalb des integrierten QKD-Schaltkreis 701 mit ein oder mehrere Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltungen 763 mit Spannungsreglern, die die Betriebsspannungen für das Mikrocontroller-System des integrierten QKD-Schaltkreises 701 und den QKD-Sender des integrierten QKD-Schaltkreis 701 bereitstellen. Die Versorgungsspannungsleitung 743 kann auch mehrere Leitungen umfassen, die beispielsweise jeweils einen Verbraucher elektrischer Energie, also eine Teilvorrichtung des integrierten QKD-Schaltkreis 701, mit jeweils einem Spannungsregler bzw. einer Stromquelle der einen oder mehreren Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltungen 723 verbinden.
Der integrierte QKD-Schaltkreis 701 ist bevorzugt mit einer optionalen Empfangsoptik 681 für den QKD-Kopplungsstrahl 452 gekoppelt. Die optionale Empfangsoptik 681 fokussiert die einkommenden Einzelphotonen des Einzelphotonenstrahls des QKD-Kopplungsstrahls 452 auf die Einzelphotonendetektoren 777, 778, 779, 780 des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Entweder sind die Einzelphotonendetektoren 777, 778, 779, 780 für unterschiedliche Polarisationsrichtungen empfindlich oder die optionale Empfangsoptik 681 fokussiert die einkommenden Einzelphotonen des Einzelphotonenstrahls des QKD-Kopplungsstrahls 452 auf unterschiedliche Einzelphotonendetektoren 777, 778, 779, 780 je nach Polarisationsrichtung der einkommenden Einzelphotonen.
Sofern eine Ausrichtung der Einzelphotonensendevorrichtung 401 gegenüber der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 notwendig ist, umfasst ein integrierter QKD-Schaltkreis 701 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 beispielsweise einen Ausrichtempfänger 799. Der Empfänger 1701 des Ausrichtempfängers 799 erfasst dabei den Laser-Pointer-Strahl 462 zur Ausrichtung der Einzelphotonensendevorrichtung 401, 471, beispielsweise eines Autoschlüssels gegenüber dem QKD-Schaltkreis 701. Die Schnittstelle 1706 des Ausrichtempfängers 799 erhält Messdaten des Empfängers 1701 des Ausrichtempfängers 799 über die Ausrichtempfängerleitung 798. Die Schnittstelle 1706 des Ausrichtempfängers 799 signalisiert dem Mikrocontrollerkern 716 über den internen Datenbus 702, ob der Empfänger 1701 des Ausrichtempfängers 799 über das optische System 1602 des Ausrichtempfängers 799 ausreichend Licht des Laser-Pointer-Strahls 462 zur Ausrichtung der Einzelphotonensendevorrichtung 471, beispielsweise eines Autoschlüssels, auf den integrierten QKD-Schaltkreis 701 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 empfängt. Erst wenn dies der Fall ist, startet der Mikrocontrollerkern 716 bevorzugt die Erzeugung eines gemeinsamen Quantenschlüssels für die Einzelphotonensendevorrichtung 471, beispielsweise den Autoschlüssel 471, und die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 des Autos 802. Hierzu signalisiert der Mikrocontrollerkern 716 des integrierter QKD-Schaltkreises 701 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 701 dem Mikrocontrollerkern 716 des integrierter QKD-Schaltkreises 701 der Einzelphotonensendevorrichtung 471, also beispielsweise des Autoschlüssels 471, beispielsweise über eine drahtlose Datenverbindung 726, 727,428, 727, 726, dass die Vereinbarung eines Quantenschlüssels starten kann. Der Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 der Einzelphotonensendevorrichtung 471, beispielsweise des Autoschlüssels 471, veranlasst daraufhin die Einzelphotonensendevorrichtung 1707 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 der Einzelphotonensendevorrichtung 471 einen polarisationsmodulierten Strom von Einzelphotonen als QKD-Kopplungsstrahl 452 zu erzeugen, wobei der Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 der Einzelphotonensendevorrichtung 471, beispielsweise des Autoschlüssels, bevorzugt als Modulationssignal der Polarisationsrichtung der ausgesendeten Einzelphotonen eine Zufallszahl seines zumindest einen quantenprozessbasierenden Generator für echte Zufallszahlen (Englisch: Quantum Random Number Generator: QRNG) 715 nutzt. Der integrierte QKD-Schaltkreis 701 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 des anderen Geräts, beispielsweise eines Autos, empfängt diesen polarisationsmodulierten Einzelphotonendatenstrom des QKD-Kopplungsstrahls 452. Beispielsweise kann der integrierte QKD-Schaltkreis 701 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 eine beispielhafte Schließvorrichtung 694 eines Autos als Autoschlüssel 401 bzw. 471 steuern oder beeinflussen. Der Mikrocontrollerkern 716 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 tauscht in der beispielhaften Anwendung eines Türschlosses zur Öffnung einer Tür 804 oder einer anderen Öffnung eines Autos mit einem integrierten QKD-Schaltkreis 701 der Einzelphotonensendevorrichtung 401 oder 471, beispielsweise einem Autoschlüssel 401 oder 471, einen Verschlüsselungscode mittels eines QKD-Verfahrens abhörsicher aus. Nachdem der integrierte QKD-Schaltkreis 701 der Einzelphotonensendevorrichtung 401 der Autoschlüssel 401 bzw. 471 eine sichere drahtlose Verbindung 428 zwischen dem integrierten QKD-Schaltkreis 701 der Einzelphotonensendevorrichtung 401, also dem Autoschlüssel, und Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601, also dem Auto, durch Erzeugung eines gemeinsamen geheimen Quantenschlüssels hergestellt hat kann der Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 der Einzelphotonensendevorrichtung 401 oder 471, also des Autoschlüssels 401 oder 471, Authentifizierungsdaten mit dem Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 oder einem dem Mikrocontrollerkern 716 übergeordneten Rechnereinheit austauschen. Sofern diese dem Mikrocontrollerkern 716 übergeordneten Rechnereinheit 697 oder der Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 die Authentifizierungsdaten nach einem Abgleich mit einer Datenbank für vertrauenswürdig erachten, veranlasst der Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 beispielsweise mittels einer geeigneten Signalisierung über den internen Datenbus 702 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601, die Steuerung 792 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 für den Antrieb der beispielhaften Schließvorrichtung 694 und die Steuerleitung 693 für den Antrieb der beispielhaften Schließvorrichtung 694 die beispielhafte Schließvorrichtung 694 des Autos, die Tür, bzw. andere Öffnung des Autos zu öffnen, zu entriegeln, zu verriegeln oder zu verschließen.
Auch kann der integrierte QKD-Schaltkreis 701 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 eine Steuerung 792 für den Antrieb der beispielhaften Schließvorrichtung 694 umfassen. Mittels einer Steuerleitung 793 für den Antrieb der beispielhaften Schließvorrichtung 694 tauscht die Steuerung 792 der integrierten QKD-Schaltkreises 701 für den Antrieb der beispielhaften Schließvorrichtung 694 Steuerdaten und/oder Statusdaten mit dem Antrieb der beispielhaften Schließvorrichtung 694 aus und stellt diese für den Mikrokontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 über den internen Datenbus 702 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 diesem zur Verfügung. Mittels der Steuerleitung 793 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 für den Antrieb der beispielhaften Schließvorrichtung 694 tauscht die Steuerung 792 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 für den Antrieb der beispielhaften Schließvorrichtung 694 Steuerdaten und/oder Statusdaten mit dem Antrieb der beispielhaften Schließvorrichtung 694 aus.
Der integrierte QKD-Schaltkreis 701 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfasst bevorzugt eine oder mehrere Datenverbindungen 796 von einer oder mehreren Datenschnittstellen 795 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 zu einer übergeordneten Rechnereinheit 697 über einen Datenbus 796 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 des anderen Geräts, beispielsweise des Autos. Es kann sich beispielsweise um einen CAN-Datenbus oder um einen CAN-FD-Datenbus oder um einen PSI5-Datenbus oder um einen DSI3-Datenbus oder um einen I2C-Bus oder um eine Ethernet-Verbindung oder um eine optische Datenverbindung, beispielsweise einen Lichtwellenleiter, oder um eine verschlüsselte Funkverbindung, wie WLAN oder Bluetooth, oder dergleichen handeln. Bei der übergeordneten Rechnereinheit 697 kann es sich beispielsweise um eine beliebige Rechnereinheit des KfZ handeln. Diese übergeordnete Rechnereinheit kontrolliert in der Regel die Aktionen des Mikrocontrollerkerns 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 des anderen Geräts, beispielsweise des Autos.
Der integrierte QKD-Schaltkreis 701 umfasst typischerweise eine Spannungsversorgung 756 für eine Laser-Pointer-Laserdiode 459. Die Laser-Pointer-Laserdiode 459 emittiert bei Bestromung typischerweise einen Laser-Pointer-Strahl 462. Ein Nutzer kann den Laser-Pointer-Strahl 462 bevorzugt zur Ausrichtung der Einzelphotonensendevorrichtung 471, also beispielsweise eines Autoschlüssels, auf eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 benutzen. Bevorzugt hat der Laser-Pointer-Strahl 462 eine Wellenlänge, die verschieden von der Wellenlänge der Einzelphotonen im QKD-Koppelstrahl 452 ist. Bevorzugt sind die Einzelphotonendetektoren 436 bis 440 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 für die Wellenlänge der Strahlung des Laser-Pointer-Strahl 462 nicht empfindlich. Bevorzugt sind die Einzelphotonendetektoren 436 bis 440 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 durch Blenden, Gehäuse und/oder Filter geschützt. Bevorzugt weist der integrierte QKD-Schaltkreises 701 eine Steuervorrichtung 757 für die Stromquelle 760 der Laser-Pointer-Diode 459 auf, die den Wert des elektrischen Stromes durch die Laser-Pointer-Diode 459 steuert. Der Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 steuert beispielsweise über den internen Datenbus 702 die Steuervorrichtung 757. Die Laser-Pointer-Diode 459 strahlt bevorzugt sichtbares Licht ab, das für einen menschlichen Benutzer typischerweise erkennbar ist. Hierdurch kann der Nutzer fehlerhafte Ausrichtungen erkennen und korrigieren. Die Stromquelle 760 der Laser-Pointer-Diode 459 stellt den Betriebsstrom durch die Laser-Pointer-Diode 459 in Abhängigkeit von den Signalisierungen der Steuervorrichtung 757 für die Stromquelle 760 der Laser-Pointer-Diode 459 ein. Eine Projektionsoptik 461 der Laser-Pinter-Vorrichtung verbessert die Strahlqualität des Laser-Pointer-Strahls 462 zur Ausrichtung des Autoschlüssels.The QKD
The
The
The QKD
The QKD
If alignment of the single
Also, the QKD
The
The QKD
In dem Beispiel der
Bevorzugt umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung 401 einen integrierten QKD-Schaltkreises 701. Bevorzugt umfasst die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 ebenfalls einen integrierten QKD-Schaltkreises 701.
Die Einzelphotonensendevorrichtung 401 ermittelt mittels ihres bevorzugt quantenprozessbasierenden Generators für echte Zufallszahlen (Englisch: Quantum Random Number Generator: QRNG) 415 eine erste Zufallszahl und eine zweite Zufallszahl. Die Einzelphotonensendevorrichtung 401 übermittelt die erste Zufallszahl und die zweite Zufallszahl mittels des QKD-Kopplungsstrahls polarisationsmodulierter Einzelphotonen an die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 der anderen Vorrichtung, also hier des Autos 802. Der Mikrocontrollerkern 616 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 der anderen Vorrichtung, also hier des Autos 802, verschlüsselt dann die die zweite Zufallszahl mit der ersten Zufallszahl als QKD-Schlüssel zu einer QKD-verschlüsselten zweiten Zufallszahl. Der Mikrocontrollerkern 616 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 der anderen Vorrichtung, also hier des Autos 802, übermittelt dann die QKD-verschlüsselte zweite Zufallszahl mittels einer konventionellen Datenübertragungskanal 428 an die Einzelphotonensendevorrichtung 401, also den Autoschlüssel. Der Mikrocontrollerkern 416 der Einzelphotonensendevorrichtung 401, also des Autoschlüssels, entschlüsselt die als Testbotschaft empfangene QKD-verschlüsselte zweite Zufallszahl mit der ersten Zufallszahl als QKD-Schlüssel zu einer entschlüsselten zweiten Zufallszahl. Der Mikrocontrollerkern 416 der Einzelphotonensendevorrichtung 401, also des Autoschlüssels, vergleicht die zweite Zufallszahl mit der entschlüsselten zweiten Zufallszahl. Bei Übereinstimmung haben der Mikrocontrollerkern 416 der Einzelphotonensendevorrichtung 401, also des Autoschlüssels, und der Mikrocontrollerkern 616 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601, also das Auto 802, erfolgreich einen gemeinsamen Schlüssel vereinbart. Von diesem Zeitpunkt an können der Mikrocontrollerkern 416 der Einzelphotonensendevorrichtung 401, also des Autoschlüssels, und der Mikrocontrollerkern 616 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601, also des Autos 802, über konventionelle Datenübertragungskanäle 428 verschlüsselte Daten austauschen. Bevorzugt vereinbaren der Mikrocontrollerkern 416 der Einzelphotonensendevorrichtung 401, also des Autoschlüssels, und der Mikrocontrollerkern 616 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601, also das Auto 802, nach Ablauf vorgebbarer Zeiträume erneut einen neuen QKD-Schlüssel, um das Brechen des Schlüssels auszuschließen. Bevorzugt tauschen der Mikrocontrollerkern 416 der Einzelphotonensendevorrichtung 401, also des Autoschlüssels, und der Mikrocontrollerkern 616 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601, also das Auto 802, weitere Authentifizierungsdaten aus, zu denen auch GPS-Daten, biometrische Daten, Schlüsselnummern, Daten des Automobilherstellers und/oder Daten von Dienstanbietern etc. zählen können. Beispielsweise kann die Konfiguration des Autos, wie z.B. die Maximalgeschwindigkeit und/oder die Maximalbeschleunigung oder der erlaubte Aktionsradius um einen Bezugspunkt oder das zulässige Gebiet etc. von den biometrischen Merkmalen, die der Autoschlüssel erfasst, abhängen. Stimmen die Authentifizierungsdaten für das Betätigen der Schließvorrichtung 694 und übermittelt der Autoschlüssel einen QKD-verschlüsselten Befehl zum entriegeln oder verriegeln oder öffnen oder schließen einer Öffnung des Autos 802, beispielsweise einer Tür 804, so führt die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 oder eine übergeordnete Vorrichtung diesen Befehl des Autoschlüssels aus. Schließlich sei hier noch erwähnt, dass die Karosserie des Autos 802 bevorzugt ein für den QKD-Kopplungsstrahl 452 transparentes optisches Fenster 803 aufweist, damit der QKD-Kopplungsstrahl die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 mit einer geringen Photonenverlustrate erreichen kann.
Es ist offensichtlich, dass die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 statt im Auto 802 im Autoschlüssel verwendet werden kann, wenn die Einzelphotonensendevorrichtung 401 stattdessen im Auto 802 verwendet wird. Diese Umkehrung ist hiermit vollständiger Teil der hier vorgelegten Offenlegung und betrifft den gesamten Text der hier vorgelegten Schrift.
In the example of
The single-
The single-
It is obvious that the single
Das Ladekabel 1012 umfasst bevorzugt einen Wellenleiter, beispielsweise ein Glasfaserkabel, für die Übermittlung des QKD Kopplungsstrahls 452 von der Einzelphotonensendevorrichtung 401 des Autos 802 an die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 der Ladesäule 1011. Des Weiteren umfasst das Ladekabel 1012 bevorzugt eine elektrische Leitung zum Austausch von Daten mittels einer nun drahtgestützen Datenübertragungsstrecke 428 zwischen dem Mikrocontrollerkern 616 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 des der Ladesäule 1011 einerseits und dem Mikrokontrollerkern 416 der Einzelphotonensendevorrichtung 401 des Autos 802 andererseits, das nun hier die Rolle des Schlüssels zum Ermöglichen des Zugriffs auf die Ladesäule 1011 ermöglicht. Ist die Datenübertragungsstrecke 428 funkgestützt, so kann auf diese Leitung verzichtet werden. Die Datenübertragungsstrecke 428 kann also anders als im Szenario mit einem Autoschlüssel und einem Auto nun ausdrücklich auch drahtgestützt sein. In dem Fall umfasst das Ladekabel bevorzugt eine entsprechende Datenleitung. Ein Laser-Pointer-Strahl 462 ist hier nicht notwendig. Schließlich umfasst das Ladekabel typischerweise noch die Stromleitungen zum Transport von elektrischer Energie von der Ladesäule zum Auto und ggf. zurück. Die Ladesteckverbindung 1013 umfasst zum Ersten bevorzugt mehrere elektrische Kraftanschlüsse für die Übertragung elektrischer Energie von der Ladesäule 1011 zum Auto 802. Des Weiteren verfügt die Ladesteckverbindung bevorzugt über eine Steckverbindung zur datentechnischen Verbindung der Datenleitung des Ladekabels 1012 mit einer Datenleitung des Autos zur Einzelphotonensendevorrichtung 401 um die Datenverbindung 428 zwischen der Einzelphotonensendevorrichtung 401 des Autos 802 und der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 der Lagesäule herstellen zu können. Sobald die Datenverbindung hergestellt ist, tauscht das Auto mit der Ladesäule einen QKD-Schlüssel aus, wie oben beschrieben. Danach können Ladesäule und Auto verschlüsselt Authentifizierungsdaten und andere Daten austauschen.
The charging
Die Kommunikation zwischen dem Rechner 1117 des Software-Up-Date-Geräts 1114 und dem Server eines SW-Anbieters 1118 erfolgt bevorzugt verschlüsselt über eine Datenübertragungsstrecke 428. Bevorzugt verwenden der Rechner 1117 des Software-Up-Date-Geräts 1114 und der Server eines SW-Anbieters 1118 den mittels eines QKD-Verfahrens erzeugten Schlüssel für die Verschlüsselung dieser Kommunikation. Der Rechner 1117 des Software-Up-Date-Geräts 1114 erzeugt mit Hilfe seiner Einzelphotonensendevorrichtung 401 des Software-Up-Date-Geräts 1114 und der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 des Autos 802 mittels des QKD-Kopplungsstrahls 428 und eines Verfahrens zur Erzeugung eines Quantenschlüssels einen Schlüssel für die Verschlüsselung der zwischen dem Mikrocontrollerkern 616 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 des Autos einerseits und dem Rechner 1117 des Software-Up-Date-Geräts 1114 übertragenen Daten. Ein Lichtwellenleiter, der bevorzugt Teil des Datenübertragungskabels 1115 ist, führt bevorzugt die Einzelphotonen des QKD-Kopplungsstrahls 452 von der Einzelphotonensendevorrichtung 401 des SW-Update-Geräts 1114 zur Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 des Autos 802. Eine Datenleitung, die bevorzugt Teil des Datenübertragungskabels 1115 ist, ermöglicht die konventionelle Datenkommunikation zwischen dem Rechner 1117 des Software-Update-Geräts 1114 und dem Mikrocontrollerkern 616 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 des Autos 802. Typischerweise fragt der Rechner 1117 des SW-Update-Geräts Identifikationsdaten über den QKD-verschlüsselten Datenkanal zwischen der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 des Autos und der Einzelphotonensendevorrichtung ab. Der Rechner 1117 des Software-Update-Geräts 1114 fordert über den QKD-verschlüsselten Datenkanal auf Basis der erhaltenen Identifikationsdaten des Autos 802 entsprechende Authentifizierungsdaten vom Server des SW-Anbieters 1118 an. Der Server des SW-Anbieters 1118 überprüft die erhaltenen Identifikationsdaten. Sind die Identifikationsdaten korrekt, so stellt der Server des SW-Anbieters 1118 zum Ersten geeignete Authentifizierungsdaten für den Zugriff auf die relevanten Datenspeicher des Autos 802 bereit. Zum Zweiten stellt der Server des SW-Anbieters 1118 Daten bereit, die das SW-Update-Gerät 114 auf das Auto 802 übertragen soll und überträgt diese mittels der QKD-verschlüsselten Datenübertragungsstrecke 428 in Speicher des Rechners 1117 des Software-Update-Geräts 1114. Der Rechner 1117 des Software-Update-Geräts 1114 authentifiziert sich über die ebenfalls QKD-verschlüsselte Datenleitung 428 zwischen Rechner 1117 des Softwarfe-Update-Geräts 1114 und Einzelphotonensendevorrichtung 401 einerseits und Mikrocontrollerkern 616 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 des Autos 802 andererseits beim Mikrocontrollerkern 616 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 des Autos 802 mit den Authentifizierungsdaten des vom Server des SW-Anbieters 1118. Der Mikrocontroller 616 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 verifiziert die so erhaltenen Authentifizierungsdaten. Ist das Verifikationsergebnis positiv, was bedeutet, dass die Daten einem Erwartungswert entsprechen, signalisier der Mikrocontrollerkern 616 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 des Autos 802 dem Rechner 1117 der Software-Update-vorrichtung 1114, dass der Download der Daten erfolgen kann. Daraufhin überträgt der Rechner 1117 der Software-Update-Vorrichtung 1114 die Daten aus seinem Speicher und/oder vom Server 1118 des Software-Anbieters in einen Speicher des Autos 802. Einige der hier beschrieben Schritte können ggf. auch von anderen Rechnern des Autos 802 und/oder der Software-Update-vorrichtung 1114 durchgeführt werden. Nach dem Ende des Down-Loads führen ein oder mehrere Rechner des Autos ggf. weitere Sicherheitsprüfungen aus. Sind alle Sicherheitsprüfungen mit positivem Ergebnis durchgeführt, nutzen Rechner des Autos die heruntergeladenen Daten ganz oder teilweise. Durch Herausziehen des Software-Update-Steckverbindung 1116 aus dem Auto 802 wird die Datenverbindung unterbrochen und der Download beendet.
The communication between the
Das Vorschlaggemäße Fahrzeug umfasst dabei einen Einzelphotonenenwellenleiter für den QKD-Koppelstrahl 452. Der Einzelphotonenenwellenleiter ist bevorzugt ein Glasfaserkabel. Eine erste Teilvorrichtung des Autos, beispielsweise ein erstes Steuergerät des Autos 802, umfasst beispielsweise eine Einzelphotonensendevorrichtung 401. Eine zweite Teilvorrichtung des Autos, beispielsweise ein zweites Steuergerät des Autos 802, umfasst beispielsweise eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601. Der Einzelphotonenwellenleiter stellt sicher, dass der QKD-Kopplungsstrahl der Einzelphotonen der Einzelphotonensendevorrichtung 401 die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 erreicht. Ein konventioneller Datenbus ermöglicht die konventionelle Kommunikation zwischen Einzelphotonensendevorrichtung 401 und Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601. Sofern die Etablierung eines gemeinsamen QKD-Schlüssels misslingt oder die Authentifizierung der Einzelphotonensendevorrichtung 401 bei der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 misslingt oder die Authentifizierung der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 bei der Einzelphotonensendevorrichtung 401 misslingt, verweigern die Einzelphotonensendevorrichtung 401 und/oder die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 die Arbeit und/oder Zusammenarbeit bevorzugt zumindest in Teilen oder ganz. Ggf. gehen die Systeme in einen Notlaufmodus über.
The vehicle according to the proposal comprises a single-photon waveguide for the QKD coupled
Der Kathodenkontakt 1823 der beispielhaften SPAD-Diode 1820 ist bevorzugt aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) oder einem anderen transparenten und elektrisch leitendem Material gefertigt. In einer CMOS-Technologie mit einem p-dotiertem Wafer-Material kann es sich bei dem hoch dotierten erstes Anschlussgebiet 1825 eines ersten Leitungstyps beispielsweise um ein n+-dotiertes Gebiet im halbleitenden Substratmaterial der SPAD-Diode 1820 handeln. In einer CMOS-Technologie mit einem p-dotiertem Wafer-Material kann es sich bei der ersten dotierten Wanne 1826 eines zweiten Leitungstyps beispielsweise um ein p- --dotiertes Gebiet im halbleitenden Substratmaterial der SPAD-Diode 1820 handeln. In einer CMOS-Technologie mit einem p-dotiertem Wafer-Material kann es sich bei der zweiten dotierten Wanne 1827 eines zweiten Leitungstyps beispielsweise um ein p--dotiertes Gebiet im halbleitenden Substratmaterial der SPAD-Diode 1820 handeln. In einer CMOS-Technologie mit einem p-dotiertem Wafer-Material kann es sich bei der epitaktischen Schicht 1828 eines zweiten Leitungstyps beispielsweise um eine p-dotierte epitaktische Schicht im halbleitenden Substratmaterial der SPAD-Diode 1820 handeln. Das Basismaterial 1829 des halbleitenden einkristallinen Wafers weist typischerweise einen zweiten Leitungstyp auf. In einer CMOS-Technologie mit einem p-dotiertem Wafer-Material handelt es sich bei dem Basismaterial 1829 des halbleitenden einkristallinen Wafers beispielsweise um einen p-dotierten einkristallinen Halbleiter-Wafer. In einer CMOS-Technologie mit einem p-dotiertem Wafer-Material kann es sich bei der zweite dotierte Wanne1830 eines zweiten Leitungstyps unterhalb des Anodenkontakts beispielsweise um ein p--dotiertes Gebiet im halbleitenden Substratmaterial der SPAD-Diode 1820 handeln. In einer CMOS-Technologie mit einem p-dotiertem Wafer-Material kann es sich bei dem hoch dotierten zweiten Anschlussgebiet 1831 eines zweiten Leitungstyps beispielsweise um ein p+-dotiertes Gebiet im halbleitenden Substratmaterial der SPAD-Diode 1820 handeln. Bei der Isolation 1832 kann es sich beispielsweise um ein Oxid oder dergleichen handeln. Das metalloptische Filter 1833 deckt bevorzugt die SPAD Diode 1820 soweit ab, dass kein Licht von den Seiten mehr die SPAD-Diode 1820 treffen kann. Bevorzugt erreicht das Licht die SPAD-Diode 1820 von oben her. Das einfallende Licht 1835 muss dann die Schlitze 1834 in der Metallschicht 1833 des metalloptischen Filters 1833 passieren. Sind die Schlitze schmal genug gewählt, so ist dies nur möglich, wenn die Polarisationsrichtung des E-Feldes der elektromagnetischen Welle 1835 in x-Richtung parallel zu den Schlitzen 1834 orientiert ist. Nur solche Anteile der elektromagnetischen Welle 1835, die diese Polarisationsrichtung aufweisen, erreichen daher den PN-Übergang der SPAD-Diode. Bevorzugt filtert ein Filter die elektromagnetische Welle 1835 vor dem Auftreffen auf das metalloptische Filter 1834 so, dass nur Licht mit einer Wellenlänge größer als eine maximale Wellenlänge das Metalloptische Filter 1833 erreicht. Bevorzugt ist die Optik so konstruiert, dass die elektromagnetische Welle 1835 das metalloptische Filter 1833 aus einer vorzugsweise immer gleichen Richtung trifft, da die Filtereigenschaften des metalloptischen Filters 1833 von dem Auftreffwinkel zwischen Pointing-Vektor der elektromagnetischen Welle 1835 und dem Normalenvektor der Ebene des metalloptischen Filters 1833 abhängen. Bevorzugt ist dieser Auftreffwinkel 0°. Die Breite der optisch transparenten Schlitze 1834 in dem metalloptischen Filter 1833 bestimmt die Grenzwellenlänge des metalloptischen Filters. Für elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen länger als die Grenzwellenlänge und einem E-Feld-Vektor senkrecht zur Richtung der Schlitze 1834 ist das metalloptische Filter 1833 intransparent. Um eine gute Polarisation zu ermöglichen sollte daher die elektromagnetische Welle 1835 durch ein Filter so gefiltert sein, dass sie keine Strahlungsanteile mit Wellenlängen kürzer als die Grenzwellenlänge mehr aufweist;
The
Das Bezugszeichen 1952 bezeichnet ein beispielhaftes uns schematisch nicht maßstabsgerecht skizziertes zweites metalloptisches Teilfilter 1952 mit 45° Polarisationsrichtung des E-Felds für eine zweite SPAD-Diode, die typischerweise unter dem zweiten metalloptischen Teilfilter 1952 im Halbleitersubstrat angeordnet ist;
Das Bezugszeichen 1953 bezeichnet ein beispielhaftes uns schematisch nicht maßstabsgerecht skizziertes drittes metalloptisches Teilfilter 1953 mit horizontaler Polarisationsrichtung des E-Felds für eine dritte SPAD-Diode, die typischerweise unter dem dritten metalloptischen Teilfilter 1953 im Halbleitersubstrat angeordnet ist. Die horizontale Polarisationsrichtung des E-Felds für eine dritte SPAD-Diode entspricht hier einer 90° Polarisationsrichtung des E-Felds für eine dritte SPAD-Diode;
Das Bezugszeichen 1954 bezeichnet ein beispielhaftes uns schematisch nicht maßstabsgerecht skizziertes viertes metalloptisches Teilfilter 1954 mit vertikaler Polarisationsrichtung des E-Felds für eine vierte SPAD-Diode, die typischerweise unter dem vierten metalloptischen Teilfilter 1954 im Halbleitersubstrat angeordnet ist.
The
The
The
Die obige Beschreibung erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit und beschränkt diese Offenbarung nicht auf die gezeigten Beispiele. Andere Variationen zu den offengelegten Beispielen können von denjenigen, die über gewöhnliche Fachkenntnisse auf dem Gebiet verfügen, anhand der Zeichnungen, der Offenbarung und der Ansprüche verstanden und ausgeführt werden. Die unbestimmten Artikel „ein“ oder „eine“ und dessen Flexionen schließen eine Vielzahl nicht aus, während die Erwähnung einer bestimmten Anzahl von Elementen nicht die Möglichkeit ausschließt, dass mehr oder weniger Elemente vorhanden sind. Eine einzige Einheit kann die Funktionen mehrerer in der Offenbarung genannter Elemente erfüllen, und umgekehrt können mehrere Elemente die Funktion einer Einheit erfüllen. Zahlreiche Alternativen, Äquivalente, Variationen und Kombinationen sind möglich, ohne dass der Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung verlassen wird.
Soweit nichts anders angegeben ist, können sämtliche Merkmale der vorliegenden Erfindung frei miteinander kombiniert werden. Dies betrifft die gesamte hier vorgelegte Schrift. Auch die in der Figurenbeschreibung beschriebenen Merkmale können, soweit nichts anderes angegeben ist, als Merkmale der Erfindung frei mit den übrigen Merkmalen kombiniert werden. Ein Beschränkung einzelner Merkmale der Ausführungsbeispiele auf die Kombination mit anderen Merkmalen der Ausführungsbeispiele ist dabei ausdrücklich nicht vorgesehen. Außerdem können gegenständliche Merkmale der Vorrichtung umformuliert auch als Verfahrensmerkmale Verwendung finden und Verfahrensmerkmale umformuliert als gegenständliche Merkmale der Vorrichtung. Eine solche Umformulierung ist somit automatisch mit offenbart.
In der vorausgehenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen verwiesen. Die Beispiele in der Beschreibung und den Zeichnungen sollten als illustrativ betrachtet werden und sind nicht als einschränkend für das beschriebene spezifische Beispiel oder Element zu betrachten. Aus der vorausgehenden Beschreibung und/oder den Zeichnungen und/oder den Ansprüchen können durch Abänderung, Kombination oder Variation bestimmter Elemente mehrere Beispiele abgeleitet werden. Darüber hinaus können Beispiele oder Elemente, die nicht wörtlich beschrieben sind, von einer fachkundigen Person aus der Beschreibung und/oder den Zeichnungen abgeleitet werden.The above description is not exhaustive and does not limit this disclosure to the examples shown. Other variations to the disclosed examples may be understood and practiced by those of ordinary skill in the art given the drawings, disclosure, and claims. The indefinite article "a" or "an" and its inflections do not exclude a plurality, while mentioning a definite number of elements does not exclude the possibility that there may be more or fewer items. A single entity may perform the functions of multiple elements recited in the disclosure, and conversely, multiple elements may perform the function of one entity. Numerous alternatives, equivalents, variations, and combinations are possible without departing from the scope of the present disclosure.
Unless otherwise stated, all features of the present invention can be freely combined with one another. This applies to the entire document presented here. Unless otherwise stated, the features described in the description of the figures can also be freely combined with the other features as features of the invention. A limitation of individual features of the exemplary embodiments to the combination with other features of the exemplary embodiments is expressly not intended. In addition, physical features of the device can also be reworded as method features and method features can be reworded as physical features of the device. Such a reformulation is thus automatically disclosed.
In the foregoing detailed description, reference is made to the accompanying drawings. The examples in the specification and drawings should be considered as illustrative and not limiting on the specific example or element described. Several examples can be derived from the foregoing description and/or the drawings and/or the claims by modifying, combining or varying certain elements. Furthermore, examples or elements that are not literally described can be derived from the description and/or the drawings by a person skilled in the art.
BezugszeichenlisteReference List
- 100100
- Einzelphotonenempfänger für einen polarisationsmodulierten EinzelphotonenstrahlSingle photon receiver for a polarization modulated single photon beam
- 102102
- polarisationsrichtungsmodulierter Strom der Einzelphotonenpolarization direction modulated stream of single photons
- 149149
- zweiter Signalpfadsecond signal path
- 150150
- erster Signalpfadfirst signal path
- 152152
- Empfangspfadreceive path
- 163163
- nicht polarisierender erster Strahlteilernon-polarizing first beamsplitter
- 176176
- zweiter Einzelphotonendetektorsecond single photon detector
- 177177
- erster Einzelphotonendetektorfirst single photon detector
- 178178
- vierter Einzelphotonendetektorfourth single photon detector
- 179179
- dritter Einzelphotonendetektorthird single photon detector
- 184184
- zweiter polarisierender Strahlteilersecond polarizing beam splitter
- 187187
- zweiter Signalpfadsecond signal path
- 188188
- λ/4-Plätchenλ/4 plate
- 189189
- gedrehter zweiter Signalpfadrotated second signal path
- 190190
- dritter polarisierender Strahlteiler third polarizing beam splitter
- 201201
- Einzelphotonensendevorrichtungsingle photon transmission device
- 236236
- erste Einzelphotonenquellefirst single photon source
- 237237
- zweite Einzelphotonenquellesecond single photon source
- 238238
- dritte Einzelphotonenquellethird single photon source
- 239239
- vierte Einzelphotonenquellefourth single photon source
- 283283
- erster Strahlteilerfirst beam splitter
- 284284
- zweiter Strahlteilersecond beam splitter
- 288288
- λ/4-Plättchenλ/4 plate
- 290290
- dritter Strahlteiler third beam splitter
- 336336
- erste Einzelphotonenquellefirst single photon source
- 337337
- zweite Einzelphotonenquellesecond single photon source
- 338338
- dritte Einzelphotonenquellethird single photon source
- 339339
- vierte Einzelphotonenquellefourth single photon source
- 344344
- erste Lochblendefirst pinhole
- 345345
- zweite Lochblende second pinhole
- 401401
- Einzelphotonensendevorrichtungsingle photon transmission device
- 402402
- interner Datenbusinternal data bus
- 403403
- Schreib/Lese-Speicher RAMRead/write memory RAM
- 404404
- beschreibbarer nicht flüchtiger Speicherwritable non-volatile memory
- 405405
- nicht flüchtiger, reiner Lese-Speicher, wie beispielsweise ein ROMnon-volatile read-only memory such as ROM
- 406406
- nicht flüchtiger, beschreibbarer und/oder nicht beschreibbarer Hersteller-Speichernon-volatile, writable and/or non-writable manufacturer memory
- 407407
- Kryptografie-BeschleunigerCryptographic Accelerator
- 408408
- Hersteller-Speicher-FirewallVendor Storage Firewall
- 411411
- CRC-Modul (Cyclic Redundancy Check)CRC module (Cyclic Redundancy Check)
- 412412
- Taktgeneratormodul (Englisch Clock Driver, CLK)Clock generator module (English Clock Driver, CLK)
- 413413
- Zeitgeber-Modultimer module
- 414414
- Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungSafety monitoring and control circuit
- 415415
- quantenprozessbasierender Generator für echte Zufallszahlen (Englisch: Quantum Random Number Generator: QRNG)Quantum Random Number Generator (QRNG) based on quantum processes
- 416416
- Mikrokontrollerkernmicrocontroller core
- 417417
- Datenschnittstelle, insbesondere ein oder mehrere Universellen Asynchronen Receiver Transmitter (UART) zur Unterstützung serieller Hochgeschwindigkeitsdaten;Data interface, in particular one or more universal asynchronous receiver transmitters (UART) for supporting high-speed serial data;
- 421421
- Basistakterzeuger (CLK)Basic clock generator (CLK)
- 422422
- Rücksetzschaltungreset circuit
- 423423
- Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltung mit SpannungsreglerPower supply or Vcc circuit with voltage regulator
- 424424
- Masseschaltungground circuit
- 425425
- Eingangs-/Ausgangsschaltunginput/output circuit
- 426426
- drahtlose und/oder drahtgebundene Datenschnittstellewireless and/or wired data interface
- 427427
-
jeweiliger Anschluss der drahtgebundenen oder drahtlosen Datenübertragungsstrecke, beispielsweise Anschluss der jeweiligen Antenne einer jeweiligen drahtlosen Schnittstelle 426respective connection of the wired or wireless data transmission path, for example connection of the respective antenna of a
respective wireless interface 426 - 428428
- Datenübertragungskanaldata transmission channel
- 429429
-
Ansteuerungsvorrichtung für die Einzelphotonenquellen 436, 437, 438, 439,440Control device for the
436, 437, 438, 439,440single photon sources - 430430
-
Steuerleitung mit der die Ansteuerungsvorrichtung 429 für die Einzelphotonenquellen 436, 437, 438, 439,440 einen einstellbaren Spannungsregler 442 steuertControl line with which the
control device 429 for the 436, 437, 438, 439, 440 controls ansingle photon sources adjustable voltage regulator 442 - 431431
-
erste Steuerleitung für die erste Stromquelle 463 der ersten Einzelphotonenquelle 436first control line for the first
current source 463 of the firstsingle photon source 436 - 432432
-
zweite Steuerleitung für die zweite Stromquelle 463 der zweiten Einzelphotonenquelle 437second control line for the second
current source 463 of the secondsingle photon source 437 - 433433
-
dritte Steuerleitung für die dritte Stromquelle 463 der dritten Einzelphotonenquelle 438third control line for the third
current source 463 of the thirdsingle photon source 438 - 434434
-
vierte Steuerleitung für die vierte Stromquelle 462 der vierten Einzelphotonenquelle 439fourth control line for the fourth
current source 462 of the fourth single-photon source 439 - 435435
-
fünfte Steuerleitung für die fünfte Stromquelle 463 der fünften Einzelphotonenquelle 440, die das polarisierte fünfte Leuchtmittel 464 der fünften Einzelphotonenquelle 440 steuertfifth control line for the fifth
current source 463 of the fifth single-photon source 440, which controls the polarizedfifth illuminant 464 of the fifth single-photon source 440 - 436436
- erste Einzelphotonenquellefirst single photon source
- 437437
-
zweite Einzelphotonenquelle. Die zweite Einzelphotonenquelle umfasst ein polarisiertes zweites Leuchtmittel 464 und eine zweite Stromquelle 463second single photon source. The second single photon source includes a polarized
second illuminant 464 and a secondcurrent source 463 - 438438
-
dritte Einzelphotonenquelle. Die dritte Einzelphotonenquelle umfasst ein polarisiertes drittes Leuchtmittel 464 und eine dritte Stromquelle 463third single photon source. The third single photon source includes a polarized
third illuminant 464 and a thirdcurrent source 463 - 439439
-
vierte Einzelphotonenquelle. Die vierte Einzelphotonenquelle umfasst ein polarisiertes viertes Leuchtmittel 464 und eine vierte Stromquelle 463fourth single photon source. The fourth single photon source includes a polarized
fourth illuminant 464 and a fourthcurrent source 463 - 440440
-
fünfte Einzelphotonenquelle. Die fünfte Einzelphotonenquelle umfasst ein polarisiertes fünftes Leuchtmittel 464 und eine fünfte Stromquelle 463fifth single photon source. The fifth single photon source includes a polarized
fifth illuminant 464 and a fifthcurrent source 463 - 441441
-
Versorgungspannungsleitung der Einzelphotonenquellen 436 bis 440Supply voltage line of the
single photon sources 436 to 440 - 442442
-
Energieversorgung für die Einzelphotonenquellen 436 bis 440Power supply for the
single photon sources 436 to 440 - 443443
- Versorgungsspannungsleitungsupply voltage line
- 444444
- Erste LochblendeFirst pinhole
- 445445
- zweite Lochblendesecond pinhole
- 446446
- erste Linsefirst lens
- 447447
- zweite Linsesecond lens
- 448448
- erster Strahlteiler des Sendepfadsfirst beam splitter of the transmission path
- 449449
-
Strahlengang des Senders bis zum ersten Strahlteiler oder Spiegel 448Beam path of the transmitter up to the first beam splitter or
mirror 448 - 450450
-
Strahlengang des Senders vom ersten Strahlteiler oder Spiegel 448 bis zum Fotodetektor 451Beam path of the transmitter from the first beam splitter or
mirror 448 to thephotodetector 451 - 451451
-
Fotodetektor 451
Photodetector 451 - 452452
- QKD-KopplungsstrahlQKD coupling beam
- 453453
-
Empfangssignal des Fotodetektors 451Received signal of the
photodetector 451 - 454454
-
Auswerteschaltung des Fotodetektors 451Evaluation circuit of the
photodetector 451 - 455455
- Laser-Pointer-VorrichtungLaser pointer device
- 456456
-
Spannungsversorgung für die Laser-Pointer-Laserdiode 459Voltage supply for the laser
pointer laser diode 459 - 457457
-
Steuervorrichtung für die Stromquelle 460 der Laser-Pointer-Diode 459Control device for the
current source 460 of thelaser pointer diode 459 - 459459
- Laser-Pointer-DiodeLaser pointer diode
- 460460
-
Stromquelle der Laser-Pinter-Diode 459
Laser pinter diode 459 power source - 461461
- Projektionsoptik der Laser-Pinter-VorrichtungProjection optics of the laser pinter device
- 462462
-
Laser-Pointer-Strahl zur Ausrichtung des der Einzelphotonensendevorrichtung 401, 471, beispielsweise eines Autoschlüssels
Laser pointer beam for aligning the single-
401, 471, for example a car keyphoton transmission device - 463463
-
Stromquelle der Einzelphotonenquelle der Einzelphotonenquellen 436 bis 440Power source of the single photon source of the
single photon sources 436 to 440 - 464464
-
Leuchtmittel der Einzelphotonenquelle der Einzelphotonenquellen 436 bis 440Lamps of the single photon source of the
single photon sources 436 to 440 - 465465
- HMI-Schnittstelle (HMI=Human Machine Interface)HMI interface (HMI=Human Machine Interface)
- 466466
- Eingabeterminalinput terminal
- 467467
- Taster oder Schalter oder andere mechanische EingabegeräteButtons or switches or other mechanical input devices
- 468468
- Biometrischer SensorBiometric Sensor
- 469469
- Optisches Ausgabeelement, beispielsweise ein oder mehrere Leuchtmittel oder ein Bildschirm für Signalisierungen an einen NutzerOptical output element, for example one or more lamps or a screen for signaling to a user
- 470470
- Aktor, beispielsweise ein elektromechanisches VibrationsmittelActuator, for example an electromechanical vibration means
- 471471
- Einzelphotonensendevorrichtung single photon transmission device
- 601601
- Einzelphotonenempfangsvorrichtung, insbesondere für ein AutoSingle photon receiving device, in particular for a car
- 602602
- interner Datenbusinternal data bus
- 603603
- Schreib/Lese-Speicher RAMRead/write memory RAM
- 604604
- beschreibbarer nicht flüchtiger Speicherwritable non-volatile memory
- 605605
- nicht flüchtiger, reiner Lese-Speichernon-volatile read-only memory
- 606606
- nicht flüchtiger, beschreibbarer und/oder nicht beschreibbarer Hersteller-Speichernon-volatile, writable and/or non-writable manufacturer memory
- 607607
- Kryptografie-BeschleunigerCryptographic Accelerator
- 608608
- Hersteller-Speicher-FirewallVendor Storage Firewall
- 611611
- CRC-Modul (Cyclic Redundancy Check)CRC module (Cyclic Redundancy Check)
- 612612
- Taktgeneratormodul (Englisch Clock Driver, CLK)Clock generator module (English Clock Driver, CLK)
- 613613
- Zeitgeber-Modultimer module
- 614614
- Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltungSafety monitoring and control circuit
- 615615
- quantenprozessbasierender Generator für echte Zufallszahlen (Englisch: Quantum Random Number Generator: QRNG)Quantum Random Number Generator (QRNG) based on quantum processes
- 616616
- Mikrocontrollerkernmicrocontroller core
- 617617
- Datenschnittstelle, insbesondere eine oder mehrere Universelle Asynchronen Receiver Transmitter (UART) zur Unterstützung serieller HochgeschwindigkeitsdatenData interface, in particular one or more Universal Asynchronous Receiver Transmitters (UART) for supporting high-speed serial data
- 621621
- Basistakterzeuger (CLK)Basic clock generator (CLK)
- 622622
- Rücksetzschaltungreset circuit
- 623623
- Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltungen mit SpannungsreglerPower supply or Vcc circuits with voltage regulator
- 624624
- Masseschaltungground circuit
- 625625
- Eingangs-/Ausgangsschaltunginput/output circuit
- 626626
- drahtlose und/oder drahtgebundene Datenschnittstellewireless and/or wired data interface
- 627627
-
jeweilige Antenne der jeweiligen drahtlosen Schnittstelle 626respective antenna of the
respective wireless interface 626 - 643643
- Versorgungsspannungsleitungsupply voltage line
- 672672
-
Auswerteschaltung für die Empfangssignale 673 bis 676 der Einzelphotonendetektoren 677 bis 680 für unterschiedlich polarisierte EinzelphotonenEvaluation circuit for the received
signals 673 to 676 of thesingle photon detectors 677 to 680 for differently polarized single photons - 673673
-
erstes Empfangssignal des ersten Einzelphotonendetektors 677 für horizontal polarisierte Einzelphotonenfirst received signal of the first
single photon detector 677 for horizontally polarized single photons - 674674
-
zweites Empfangssignal des zweiten Einzelphotonendetektors 678 für vertikal polarisierte Einzelphotonensecond received signal of the second
single photon detector 678 for vertically polarized single photons - 675675
-
drittes Empfangssignal des dritten Einzelphotonendetektors 679 für +45° polarisierte Einzelphotonenthird received signal of the third
single photon detector 679 for +45° polarized single photons - 676676
- viertes Empfangssignal des vierten Einzelphotonendetektors 680 für -45° polarisierte Einzelphotonenfourth received signal of the fourth single photon detector 680 for -45° polarized single photons
- 677677
- erster Einzelphotonendetektor für horizontal polarisierte Einzelphotonen, beispielsweise eine erste SPAD-Diodefirst single photon detector for horizontally polarized single photons, for example a first SPAD diode
- 678678
-
zweiter Einzelphotonendetektor für vertikal polarisierte Einzelphotonen 678, beispielsweise eine zweite SPAD-Diodesecond single photon detector for vertically polarized
single photons 678, for example a second SPAD diode - 679679
- dritter Einzelphotonendetektor für +45° polarisierte Einzelphotonen, beispielsweise eine dritte SPAD-Diodethird single photon detector for +45° polarized single photons, for example a third SPAD diode
- 680680
- vierter Einzelphotonendetektor für -45° polarisierte Einzelphotonen, beispielsweise eine vierte SPAD-Diodefourth single photon detector for -45° polarized single photons, for example a fourth SPAD diode
- 681681
-
Empfangsoptik für den QKD-Kopplungsstrahl 452Receiving optics for the QKD coupled
beam 452 - 682682
-
Strahlengang für die Einzelphotonen des QKD-Kopplungsstrahls 452 zwischen Empfangsoptik für den QKD-Kopplungsstrahl 452 und nicht polarisierendem Strahlteiler 683Beam path for the individual photons of the QKD coupled
beam 452 between receiving optics for the QKD coupledbeam 452 andnon-polarizing beam splitter 683 - 683683
-
nicht polarisierendem Strahlteiler 683
non-polarizing beam splitter 683 - 684684
- zweiter polarisierender Strahlteilersecond polarizing beam splitter
- 685685
- dritter horizontal polarisierter Einzelphotonenstromthird horizontally polarized stream of single photons
- 686686
- vierter vertikal polarisierter Einzelphotonenstromfourth vertically polarized single photon stream
- 687687
- zweiter Einzelphotonenstromsecond single photon stream
- 688688
- λ/4 Plättchen und/oder Polarisationsdrehvorrichtungλ/4 plate and/or polarization rotator
- 689689
- gedrehter zweiter Einzelphotonenstromrotated second single photon stream
- 690690
- dritter polarisierender Strahlteilerthird polarizing beam splitter
- 691691
- sechster -45° polarisierter Einzelphotonenstromsixth -45° polarized single photon stream
- 692692
-
Steuerung für den Antrieb der beispielhaften Schließvorrichtung 694Control for driving the
exemplary locking device 694 - 693693
-
Steuerleitung für den Antrieb der beispielhaften Schließvorrichtung 694Control line for driving the
exemplary locking device 694 - 694694
-
beispielhafte Schließvorrichtung 694 des Kfz 802
exemplary locking device 694 of themotor vehicle 802 - 695695
-
Datenschnittstelle zu einer übergeordneten Rechnereinheit 697 über einen Datenbus 696 des Autos 802Data interface to a higher-
level computer unit 697 via adata bus 696 of thecar 802 - 696696
-
Datenverbindung von der Datenschnittstelle 695 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung zu einer übergeordneten Rechnereinheit 697 über einen Datenbus 696 des Autos 802Data connection from the data interface 695 of the single photon receiving device to a higher-
level computer unit 697 via adata bus 696 of thecar 802 - 697697
- übergeordnete Rechnereinheitsuperordinate computer unit
- 698698
- Ausrichtempfängerleitungalignment receiver line
- 699699
- Ausrichtempfängers alignment receiver
- 701701
- beispielhafter integrierter Schaltkreis für die Verwendung in automobilen QKD Systemenexemplary integrated circuit for use in automotive QKD systems
- 702702
-
interner Datenbus des integrierten QKD-Schaltkreises 701internal data bus of the QKD
integrated circuit 701 - 703703
-
Schreib/Lese-Speicher RAM 703 des integrierten QKD-Schaltkreises 701Read/
write memory RAM 703 of the QKDintegrated circuit 701 - 704704
-
beschreibbarer nicht flüchtiger Speicher des integrierten QKD-Schaltkreises 701writable non-volatile memory of the QKD
integrated circuit 701 - 705705
-
nicht flüchtiger, reiner Lese-Speicher des integrierten QKD-Schaltkreises 701, wie beispielsweise ein ROMnon-volatile, read-only memory of QKD
integrated circuit 701, such as ROM - 706706
-
nicht flüchtiger, beschreibbarer und/oder nicht beschreibbarer Hersteller-Speicher des integrierten QKD-Schaltkreises 701non-volatile, writable and/or non-writable QKD integrated
circuit manufacturer memory 701 - 707707
-
Kryptografie-Beschleuniger des integrierten QKD-Schaltkreises 701, beispielsweise einen DES-Beschleuniger und/oder einen AES-Beschleuniger 707QKD integrated
circuit cryptographic accelerator 701, such as a DES accelerator and/or anAES accelerator 707 - 708708
-
Hersteller-Speicher-Firewall des integrierten QKD-Schaltkreises 701
QKD IC 701 Vendor Storage Firewall - 711711
-
CRC-Modul (Cyclic Redundancy Check) des integrierten QKD-Schaltkreises 701CRC (Cyclic Redundancy Check) module of QKD
integrated circuit 701 - 712712
-
Taktgeneratormodul (Englisch Clock Driver, CLK) des integrierten QKD-Schaltkreises 701Clock driver (CLK) module of QKD
integrated circuit 701 - 713713
- Zeitgeber-Modul des integrierten QKD-Schaltkreises 701Timer module of the 701 QKD integrated circuit
- 714714
- Sicherheitsüberwachungs- und -steuerungsschaltung des integrierten QKD-Schaltkreises 701Safety monitoring and control circuitry of the 701 QKD integrated circuit
- 715715
-
quantenprozessbasierender Generator für echte Zufallszahlen (Englisch: Quantum Random Number Generator: QRNG) des integrierten QKD-Schaltkreises 701QKD
integrated circuit 701 quantum process-based true random number generator (QRNG). - 716716
-
Microkontrollerkern des integrierten QKD-Schaltkreises 701Microcontroller core of QKD
integrated circuit 701 - 717717
- Datenschnittstelle, insbesondere eine oder mehrere Universelle Asynchronen Receiver Transmitter (UART) zur Unterstützung serieller HochgeschwindigkeitsdatenData interface, in particular one or more Universal Asynchronous Receiver Transmitters (UART) for supporting high-speed serial data
- 721721
-
Basistakterzeuger (CLK) des integrierten QKD-Schaltkreises 701Base clock generator (CLK) of the QKD
integrated circuit 701 - 722722
-
Rücksetzschaltung des integrierten QKD-Schaltkreises 701Reset circuit of QKD
integrated circuit 701 - 723723
-
Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltung des integrierten QKD-Schaltkreises 701 mit SpannungsreglernPower supply or Vcc circuit of QKD
integrated circuit 701 with voltage regulators - 724724
-
Masseschaltung des integrierten QKD-Schaltkreises 701Ground circuit of the QKD
integrated circuit 701 - 725725
- Eingangs-/Ausgangsschaltung des integrierten QKD-Schaltkreises 701701 QKD integrated circuit input/output circuit
- 726726
-
Datenübertragungskanal des integrierten QKD-Schaltkreises 701QKD
integrated circuit 701 data link - 727727
-
jeweiliger Anschluss der drahtgebundenen oder drahtlosen Datenübertragungsstrecke, beispielsweise Anschluss der jeweiligen Antenne einer jeweiligen drahtlosen Schnittstelle 726respective connection of the wired or wireless data transmission path, for example connection of the respective antenna of a
respective wireless interface 726 - 729729
-
Ansteuerungsvorrichtung für die Einzelphotonenquellen 736, 737, 738, 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701Driving device for the
736, 737, 738, 739 of thesingle photon sources integrated QKD circuit 701 - 730730
-
Steuerleitung des integrierten QKD-Schaltkreises 701 mit der die Ansteuerungsvorrichtung 729 für die Einzelphotonenquellen 736, 737, 478, 479 einen einstellbaren Spannungsregler 742 steuertControl line of the
integrated QKD circuit 701 with which thecontrol device 729 for the 736, 737, 478, 479 controls ansingle photon sources adjustable voltage regulator 742 - 731731
-
erste Steuerleitung der integrierten QKD-Schaltung für die erste Stromquelle 763 der ersten Einzelphotonenquelle 736 der integrierten QKD-Schaltung, die das polarisierte erste Leuchtmittel 764 der ersten Einzelphotonenquelle 736 der integrierten QKD-Schaltung steuert, wobei die erste Steuerleitung 731 ggf. auch Statusdaten der ersten Einzelphotonenquelle 736 der integrierten QKD-Schaltung über die Ansteuerungsvorrichtung 729 der integrierten QKD-Schaltung für die Einzelphotonenquellen 736, 737, 738, 739 der integrierten QKD-Schaltung an den Mikrocontrollerkern 716 der integrierten QKD-Schaltung zurückmeldetfirst control line of the QKD integrated circuit for the first
current source 763 of the firstsingle photon source 736 of the QKD integrated circuit, which controls the polarizedfirst illuminant 764 of the firstsingle photon source 736 of the QKD integrated circuit, with thefirst control line 731 possibly also status data of the firstSingle photon source 736 of the QKD integrated circuit reports back to themicrocontroller core 716 of the QKD integrated circuit via thedriver 729 of the QKD integrated circuit for the 736, 737, 738, 739 of the QKD integrated circuitsingle photon sources - 732732
-
zweite Steuerleitung der integrierten QKD-Schaltung für die zweite Stromquelle 763 der zweiten Einzelphotonenquelle 737 der integrierten QKD-Schaltung, die das polarisierte zweite Leuchtmittel 764 der zweiten Einzelphotonenquelle 737 der integrierten QKD-Schaltung steuert, wobei die zweite Steuerleitung 732 ggf. auch Statusdaten der zweiten Einzelphotonenquelle 737 der integrierten QKD-Schaltung über die Ansteuerungsvorrichtung 729 der integrierten QKD-Schaltung für die Einzelphotonenquellen 736, 737, 738, 739 der integrierten QKD-Schaltung an den Mikrocontrollerkern 716 der integrierten QKD-Schaltung zurückmeldetsecond control line of the QKD integrated circuit for the second
current source 763 of the second single-photon source 737 of the QKD integrated circuit, which controls the polarizedsecond illuminant 764 of the second single-photon source 737 of the QKD integrated circuit, thesecond control line 732 possibly also containing status data of the secondSingle photon source 737 of the QKD integrated circuit reports back to themicrocontroller core 716 of the QKD integrated circuit via thecontrol device 729 of the QKD integrated circuit for the 736, 737, 738, 739 of the QKD integrated circuitsingle photon sources - 733733
-
dritte Steuerleitung der integrierten QKD-Schaltung für die dritte Stromquelle 764 der dritten Einzelphotonenquelle 738 der integrierten QKD-Schaltung, die das polarisierte dritte Leuchtmittel 764 der dritten Einzelphotonenquelle 738 der integrierten QKD-Schaltung steuert, wobei die dritte Steuerleitung 733 ggf. auch Statusdaten der dritten Einzelphotonenquelle 738 der integrierten QKD-Schaltung über die Ansteuerungsvorrichtung 729 der integrierten QKD-Schaltung für die Einzelphotonenquellen 736, 737, 738, 739 der integrierten QKD-Schaltung an den Mikrocontrollerkern 716 der integrierten QKD-Schaltung zurückmeldetthird control line of the QKD integrated circuit for the third
current source 764 of the third single-photon source 738 of the QKD integrated circuit, which controls the polarizedthird illuminant 764 of the third single-photon source 738 of the QKD integrated circuit, with thethird control line 733 possibly also status data of the thirdSingle photon source 738 of the QKD integrated circuit reports back to themicrocontroller core 716 of the QKD integrated circuit via thedriver 729 of the QKD integrated circuit for the 736, 737, 738, 739 of the QKD integrated circuitsingle photon sources - 734734
-
vierte Steuerleitung der integrierten QKD-Schaltung für die vierte Stromquelle 763 der vierten Einzelphotonenquelle 739 der integrierten QKD-Schaltung, die das polarisierte vierte Leuchtmittel 764 der vierten Einzelphotonenquelle 739 der integrierten QKD-Schaltung steuert, wobei die vierte Steuerleitung 734 ggf. auch Statusdaten der vierten Einzelphotonenquelle 739 der integrierten QKD-Schaltung über die Ansteuerungsvorrichtung 729 der integrierten QKD-Schaltung für die Einzelphotonenquellen 736, 737, 738, 739 der integrierten QKD-Schaltung an den Mikrocontrollerkern 716 der integrierten QKD-Schaltung zurückmeldetfourth control line of the QKD integrated circuit for the fourth
current source 763 of the fourthsingle photon source 739 of the QKD integrated circuit, which controls the polarizedfourth illuminant 764 of the fourthsingle photon source 739 of the QKD integrated circuit, with thefourth control line 734 possibly also status data of the fourthSingle photon source 739 of the QKD integrated circuit reports back to themicrocontroller core 716 of the QKD integrated circuit via thecontrol device 729 of the QKD integrated circuit for the 736, 737, 738, 739 of the QKD integrated circuitsingle photon sources - 736736
-
erste Einzelphotonenquelle der integrierten QKD-Schaltung 701.first single photon source of the QKD
integrated circuit 701. - 737737
-
zweite Einzelphotonenquelle der integrierten QKD-Schaltung 701second single photon source of the QKD
integrated circuit 701 - 738738
-
dritte Einzelphotonenquelle 738 der integrierten QKD-Schaltung 701third
single photon source 738 of theintegrated QKD circuit 701 - 739739
-
vierte Einzelphotonenquelle der integrierten QKD-Schaltung 701fourth single photon source of the QKD
integrated circuit 701 - 741741
-
Versorgungspannungsleitung der Einzelphotonenquellen 736 bis 739Supply voltage line of the
single photon sources 736 to 739 - 742742
-
Energieversorgung für die beispielhaft vier Einzelphotonenquellen 736 bis 739 der integrierten QKD-Schaltung 701Energy supply for the exemplary four
single photon sources 736 to 739 of theintegrated QKD circuit 701 - 743743
- Versorgungsspannungsleitungsupply voltage line
- 751751
- Fotodetektor der integrierten QKD-Schaltung 701701 QKD Integrated Circuit Photodetector
- 753753
-
Empfangssignal des Fotodetektors 751 der integrierten QKD-Schaltung 701Received signal of the
photodetector 751 of theintegrated QKD circuit 701 - 754754
-
Auswerteschaltung des Fotodetektors 751 der integrierten QKD-Schaltung 701Evaluation circuit of the
photodetector 751 of theintegrated QKD circuit 701 - 756756
-
Spannungsversorgung für die Laser-Pointer-Laserdiode 459Voltage supply for the laser
pointer laser diode 459 - 757757
-
Steuervorrichtung für die Stromquelle 760 der Laser-Pointer-Diode 459Control device for the
current source 760 of thelaser pointer diode 459 - 760760
-
Stromquelle der Laser-Pinter-Diode 459
Laser pinter diode 459 power source - 763763
-
jeweiliges Leuchtmittel der jeweiligen Einzelphotonenquelle der beispielhaft vier Einzelphotonenquellen 736 bis 739respective lighting means of the respective single-photon source of the four single-
photon sources 736 to 739, for example - 764764
-
jeweilige Stromquelle der jeweiligen Einzelphotonenquelle der beispielhaft vier Einzelphotonenquellen 736 bis 739 der integrierten QKD-Schaltung 701respective current source of the respective single photon source of the four
single photon sources 736 to 739 of theintegrated QKD circuit 701 - 772772
-
Auswerteschaltung für die Empfangssignale 773 bis 776 der Einzelphotonendetektoren 777 bis 780 für unterschiedlich polarisierte Einzelphotonen. Die Auswerteschaltung empfängt Messwerte in Form von Signalisierungen der Einzelphotonendetektoren 777 bis 780 für unterschiedlich polarisierte Einzelphotonen über die besagten die Empfangssignale 773 bis 776. Die Auswerteschaltung verarbeitet diese Messwerte und stellt das Ergebnis dieser Verarbeitung dem Mikrocontrollerkern 716 über den internen Datenbus 702 zur Verfügung.Evaluation circuit for the received signals 773 to 776 of the
single photon detectors 777 to 780 for differently polarized single photons. The evaluation circuit receives measured values in the form of signals from thesingle photon detectors 777 to 780 for differently polarized single photons via said received signals 773 to 776. The evaluation circuit processes these measured values and makes the result of this processing available to themicrocontroller core 716 via theinternal data bus 702. - 773773
-
erstes Empfangssignal des ersten Einzelphotonendetektors 777 für horizontal polarisierte Einzelphotonenfirst received signal of the first
single photon detector 777 for horizontally polarized single photons - 774774
-
zweites Empfangssignal des zweiten Einzelphotonendetektors 778 für vertikal polarisierte Einzelphotonensecond received signal of the second
single photon detector 778 for vertically polarized single photons - 775775
- drittes Empfangssignal des dritten Einzelphotonendetektors 779 für +45° polarisierte Einzelphotonenthird received signal of the third single photon detector 779 for +45° polarized single photons
- 776776
- viertes Empfangssignal des vierten Einzelphotonendetektors 780 für -45° polarisierte Einzelphotonenfourth received signal of the fourth single photon detector 780 for -45° polarized single photons
- 777777
- erster Einzelphotonendetektor für horizontal polarisierte Einzelphotonen, beispielsweise eine erste SPAD-Diodefirst single photon detector for horizontally polarized single photons, for example a first SPAD diode
- 778778
- zweiter Einzelphotonendetektor für vertikal polarisierte Einzelphotonen, beispielsweise eine zweite SPAD-Diodesecond single photon detector for vertically polarized single photons, for example a second SPAD diode
- 779779
- dritter Einzelphotonendetektor für +45° polarisierte Einzelphotonen, beispielsweise eine dritte SPAD-Diodethird single photon detector for +45° polarized single photons, for example a third SPAD diode
- 780780
- vierter Einzelphotonendetektor für -45° polarisierte Einzelphotonen, beispielsweise eine vierte SPAD-Diodefourth single photon detector for -45° polarized single photons, for example a fourth SPAD diode
- 792792
-
Steuerung für den Antrieb der beispielhaften Schließvorrichtung 694Control for driving the
exemplary locking device 694 - 793793
-
Steuerleitung für den Antrieb der beispielhaften Schließvorrichtung 694Control line for driving the
exemplary locking device 694 - 795795
-
Datenschnittstelle zu einer übergeordneten Rechnereinheit 697 über einen Datenbus 696 des Autos 802 bzw. einer anderen Vorrichtung in der der integrierte QKD-Schaltkreis 701 eingesetzt wirdData interface to a higher-
level computer unit 697 via adata bus 696 of thecar 802 or another device in which theintegrated QKD circuit 701 is used - 798798
- Ausrichtempfängerleitungalignment receiver line
- 801801
-
Situation bei der Vereinbarung eines QKD-Schlüssels zwischen einem Autoschlüssel und einem Auto 802Situation when negotiating a QKD key between a car key and a
car 802 - 802802
- Autoautomobile
- 803803
-
Optisches Fenster für den QKD-Kopplungsstrahl 452 in der Karosserie des Autos 802Optical window for the
QKD coupling beam 452 in the body of the 802 car - 804804
- Tür des Autos 802 802 car door
- 10111011
- Ladesäulecharging station
- 10121012
- Ladekabelcharging cable
- 10131013
- Ladesteckverbindungcharging connector
- 11141114
- Software-Update-GerätSoftware update device
- 11151115
- Datenübertragungskabeldata transfer cable
- 11161116
- Software-Update-SteckverbindungSoftware update connector
- 11171117
-
Rechner des Software-Up-Date-Geräts 1114Calculator of
software update device 1114 - 11181118
- Server des SW-Anbieters Server of the SW provider
- 13011301
- Kegelförmiger Spiegel Conical mirror
- 14071407
-
Einzelphotonensendevorrichtung des Autoschlüssels 401, 471Car key single
401, 471photon transmission device - 14081408
-
Kegelförmiger Spiegel oder funktionsäquivalente Vorrichtung zur Vereinigung der Einzelphotonenströme der Einzelphotonenquellen 436 bis 440 zu einem einzigen EinzelphotonenstromConical mirror or functionally equivalent device for combining the single photon streams of the
single photon sources 436 to 440 into a single single photon stream - 14091409
- Identifizierungsmittel zur Identifikation des NutzersIdentification means for identifying the user
- 14101410
-
Einzelphotonenstrahlen der Einzelphotonenquellen 436 bis 440Single photon beams from
single photon sources 436 through 440 - 14111411
- Empfängermodul für polarisationsmodulierte Einzelphotonen;Receiver module for polarization modulated single photons;
- 16011601
-
Empfänger des Ausrichtempfängers 699
Alignment receiver 699 receiver - 16031603
- Einzelphotonendetektorsystem für den Empfang eines polarisationsmodulierten EinzelphotonensignalsSingle photon detector system for receiving a polarization modulated single photon signal
- 16041604
- erster Einzelphotonenstromfirst single photon stream
- 16051605
- fünfter +45° polarisierter Einzelphotonenstromfifth +45° polarized single photon stream
- 16061606
-
Schnittstelle des Ausrichtempfängers 699
Alignment receiver interface 699 - 17011701
-
Empfänger des Ausrichtempfängers 699
Alignment receiver 699 receiver - 17031703
- Einzelphotonendetektorsystem für den Empfang eines polarisationsmodulierten EinzelphotonensignalsSingle photon detector system for receiving a polarization modulated single photon signal
- 17061706
-
Schnittstelle des Ausrichtempfängers 699
Alignment receiver interface 699 - 17071707
-
Einzelphotonensendevorrichtung des QKD-Schaltkreises 701, beispielsweise des Autoschlüssels 401, 471
Single photon transmission device of the
QKD circuit 701, e.g. the 401, 471car key - 18201820
- Beispielhafte SPAD-Diode für den Einsatz als Sensorelement eines EinzelphotonenendetektorsExemplary SPAD diode for use as a sensor element of a single photon detector
- 18211821
-
Shallow-Trench-Isolation STI der beispielhaften SPAD-Diode 1820Shallow trench isolation STI of
example SPAD diode 1820 - 18221822
-
Anodenkontakt der beispielhaften SPAD-Diode1820
Example SPAD diode 1820 anode contact - 18231823
-
Kathodenkontakt der beispielhaften SPAD-Diode 1820Cathode contact of the
example SPAD diode 1820 - 18241824
-
Abdeckoxid oder optisch transparenten Isolieschicht der beispielhaften SPAD-Diode 1820Cap oxide or optically transparent insulating layer of the
example SPAD diode 1820 - 18251825
- hoch dotiertes erstes Anschlussgebiet eines ersten Leitungstypshighly doped first connection region of a first conductivity type
- 18261826
- erste dotierte Wanne eines zweiten Leitungstypsfirst doped well of a second conductivity type
- 18271827
- zweite dotierte Wanne eines zweiten Leitungstypssecond doped well of a second conductivity type
- 18281828
- epitaktische Schicht eines zweiten Leitungstypsepitaxial layer of a second conductivity type
- 18291829
- Basismaterial des halbleitenden einkristallinen Wafers, der einen zweiten Leitungstyp aufweistBase material of the semiconducting monocrystalline wafer, which has a second conductivity type
- 18301830
- zweite dotierte Wanne eines zweiten Leitungstyps unterhalb des Anodenkontaktssecond doped well of a second conductivity type below the anode contact
- 18311831
- hoch dotiertes zweites Anschlussgebiet eines zweiten Leitungstypshighly doped second connection region of a second conductivity type
- 18321832
- Isolation, beispielsweise ein Oxid oder dergleichenInsulation, for example an oxide or the like
- 18331833
- metalloptisches Filtermetal-optical filter
- 18341834
-
optisch transparente Schlitze in dem metalloptischen Filter 1833optically transparent slits in the metal-
optical filter 1833 - 18351835
- einfallende elektromagnetische Welle incident electromagnetic wave
- 19501950
-
metalloptisches Filter mit vier metalloptischen Teilfiltern 1951, 1952, 1953, 1954 für ein 2x2-SPAD-Dioden-Array von vier SPAD-Dioden mit in 45° Schritten verdrehter Polarisationsfilterwirkung der metalloptischen Teilfiltern 1951, 1952, 1953, 1954Metal-optical filter with four metal-
1951, 1952, 1953, 1954 for a 2x2 SPAD diode array of four SPAD diodes with the polarization filter effect of the metal-optical sub-filters 1951, 1952, 1953, 1954 rotated in 45° stepsoptical sub-filters - 19511951
-
erstes metalloptisches Teilfilter mit vertikaler Polarisationsrichtung des E-Felds für eine erste SPAD-Diode, die typischerweise unter dem ersten metalloptischen Teilfilter 1951 angeordnet istfirst metal-optical sub-filter with vertical polarization direction of the E-field for a first SPAD diode, which is typically arranged under the first metal-
optical sub-filter 1951 - 19521952
- zweites metalloptisches Teilfilter mit 45° Polarisationsrichtung des E-Felds für eine zweite SPAD-Diode, die typischerweise unter dem zweiten metalloptischen Teilfilter 1952 im Halbleitersubstrat angeordnet istsecond metal-optical sub-filter with 45° polarization direction of the E-field for a second SPAD diode, which is typically arranged under the second metal-optical sub-filter 1952 in the semiconductor substrate
- 19531953
- drittes metalloptisches Teilfilter mit horizontaler Polarisationsrichtung des E-Felds für eine dritte SPAD-Diode, die typischerweise unter dem dritten metalloptischen Teilfilter 1953 im Halbleitersubstrat angeordnet istthird metal-optical sub-filter with horizontal polarization direction of the E-field for a third SPAD diode, which is typically arranged under the third metal-optical sub-filter 1953 in the semiconductor substrate
- 19541954
- viertes metalloptisches Teilfilter mit vertikaler Polarisationsrichtung des E-Felds für eine vierte SPAD-Diode, die typischerweise unter dem vierten metalloptischen Teilfilter 1954 im Halbleitersubstrat angeordnet istfourth metal-optical sub-filter with vertical polarization direction of the E-field for a fourth SPAD diode, which is typically arranged under the fourth metal-optical sub-filter 1954 in the semiconductor substrate
- 19551955
- weiteres beispielhaftes metalloptisches Filteranother exemplary metal-optical filter
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