EA044749B1 - QUANTUM COMMUNICATION DEVICE AT THE SIDE FREQUENCIES WITH AN INCREASED DEGREE OF INFORMATION SECURITY FROM EXTERNAL ATTACKS - Google Patents

QUANTUM COMMUNICATION DEVICE AT THE SIDE FREQUENCIES WITH AN INCREASED DEGREE OF INFORMATION SECURITY FROM EXTERNAL ATTACKS Download PDF

Info

Publication number
EA044749B1
EA044749B1 EA202391077 EA044749B1 EA 044749 B1 EA044749 B1 EA 044749B1 EA 202391077 EA202391077 EA 202391077 EA 044749 B1 EA044749 B1 EA 044749B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
fiber
optical
radiation
quantum
spectral filter
Prior art date
Application number
EA202391077
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Семен Владимирович Смирнов
Владимир Викторович Чистяков
Сергей Михайлович Кынев
Владимир Ильич Егоров
Максим Алексеевич Фадеев
Андрей Александрович Анисимов
Алексей Константинович Халтуринский
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью Ооо "Смартс-Кванттелеком"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью Ооо "Смартс-Кванттелеком" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью Ооо "Смартс-Кванттелеком"
Publication of EA044749B1 publication Critical patent/EA044749B1/en

Links

Description

Область и уровень техникиField and State of the Art

Изобретение относится к технике оптической связи, а именно к системам фотонной квантовой связи.The invention relates to optical communication technology, namely to photonic quantum communication systems.

Известно устройство квантовой рассылки симметричных битовых последовательностей [патент США 627 22 24 В1, дата приоритета 07.04.2001. МКИ: H04L 9/08; НО4К 1/00], содержащее соединенные посредством волоконно-оптической линии связи блок отправителя, включающий в себя расположенные последовательно по ходу распространения излучения источник монохроматического излучения, электрооптический фазовый модулятор и аттенюатор, а также устройство сдвига фазы, выход которого соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора, а вход устройства сдвига фазы соединен с выходом генератора радиочастотного сигнала, и блок получателя, включающий в себя электрооптический фазовый модулятор, выход которого оптически сопряжен со спектральным фильтром, который оптически сопряжен с приемником классического излучения и детектором одиночных фотонов, управляющий вход электрооптического фазового модулятора соединен с выходом устройства сдвига фазы, к входу которого подключен выход генератора радиочастотного сигнала, волоконно-оптическая линия связи оптически сопряжена с аттенюатором передающего устройства и с входом электрооптического фазового модулятора приемного устройства, устройство содержит блок синхронизации, первый и второй выходы которого соединены с входами генератора радиочастотного сигнала приемного и передающего устройств соответственно, а также блок управления фазовым сдвигом, первый и второй выходы которого соединены с синхронизационными входами устройства сдвига фазы приемного и передающего устройств соответственно.A device for quantum distribution of symmetric bit sequences is known [US patent 627 22 24 B1, priority date 04/07/2001. MKI: H04L 9/08; NO4K 1/00], containing a sender unit connected via a fiber-optic communication line, including a monochromatic radiation source located sequentially along the direction of radiation propagation, an electro-optical phase modulator and an attenuator, as well as a phase shift device, the output of which is connected to the control input of the electro-optical phase modulator, and the input of the phase shift device is connected to the output of the radio frequency signal generator, and the receiver block, which includes an electro-optical phase modulator, the output of which is optically coupled to a spectral filter, which is optically coupled to a classical radiation receiver and a single photon detector, the control input of the electro-optical phase modulator connected to the output of the phase shift device, to the input of which the output of the radio frequency signal generator is connected, the fiber-optic communication line is optically coupled to the attenuator of the transmitting device and to the input of the electro-optical phase modulator of the receiving device, the device contains a synchronization unit, the first and second outputs of which are connected to the inputs of the generator radio frequency signal of the receiving and transmitting devices, respectively, as well as a phase shift control unit, the first and second outputs of which are connected to the synchronizing inputs of the phase shift device of the receiving and transmitting devices, respectively.

Недостатком данного устройства является отсутствие в технической реализации защиты от внешних атак, таких как: атаки с ослеплением однофотонного детектора, атаки с перехватом сигналов переизлучения однофотонных детекторов, атаки с оптическим зондированием модуляторов (Троянский конь). На практике системы фотонной квантовой связи должны быть устойчивы к внешним атакам.The disadvantage of this device is the lack of protection in the technical implementation from external attacks, such as: attacks with blinding of a single-photon detector, attacks with interception of re-emission signals of single-photon detectors, attacks with optical probing of modulators (Trojan horse). In practice, photonic quantum communication systems must be resistant to external attacks.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

Техническая задача заявляемого устройства фотонной квантовой связи заключается в изменении технической реализации устройства фотонной квантовой связи, повышении степени защищенности информации от внешних атак, таких как: атаки с ослеплением однофотонного детектора, атаки с перехватом сигналов переизлучения однофотонных детекторов, атаки с оптическим зондированием модуляторов (Троянский конь).The technical task of the proposed photonic quantum communication device is to change the technical implementation of the photonic quantum communication device, increasing the degree of information security from external attacks, such as: attacks with blinding of a single-photon detector, attacks with interception of re-emission signals of single-photon detectors, attacks with optical sensing of modulators (Trojan horse ).

Технический результат заявляемого устройства заключается в новой технической реализации блоков отправителя и получателя устройства фотонной квантовой связи, обеспечивающей защиту устройства от внешних атак, перечисленных выше.The technical result of the proposed device consists in a new technical implementation of the sender and receiver blocks of a photonic quantum communication device, which protects the device from external attacks listed above.

Технический результат повышения степени защищенности информации от внешних атак, таких как: атаки с ослеплением однофотонного детектора, атаки с перехватом сигналов переизлучения однофотонных детекторов, атаки с оптическим зондированием модуляторов (Троянский конь) достигается тем, что в состав блоков отправителя и получателя введены: пассивный волоконный оптический аттенюатор, два волоконных оптических изолятора, контроллер температуры, оптический волоконный светоделитель, волоконный оптический спектральный фильтр, волоконный оптический циркулятор, волоконный оптический переключатель, три волоконных фотодетектора.The technical result of increasing the degree of information security from external attacks, such as: attacks with blinding of a single-photon detector, attacks with interception of re-emission signals of single-photon detectors, attacks with optical probing of modulators (Trojan horse) is achieved by introducing into the sender and receiver blocks: passive fiber optical attenuator, two fiber optical isolators, temperature controller, optical fiber beam splitter, fiber optical spectral filter, fiber optical circulator, fiber optical switch, three fiber photodetectors.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

На фигуре приведена схема устройства системы фотонной квантовой связи согласно варианту реализации настоящего изобретения.The figure is a schematic diagram of a photonic quantum communication system according to an embodiment of the present invention.

Осуществление изобретенияCarrying out the invention

Устройство системы фотонной квантовой связи представлено на фигуре, где 1 - источник монохроматического излучения в виде лазера, 2 - волоконный оптический изолятор, 3 - электрооптический фазовый модулятор, 4 - перестраиваемый волоконный оптический аттенюатор, 5 - пассивный волоконный оптический аттенюатор, 6 - волоконный оптический изолятор, 7 - контроллер температуры, 8 - квантовый канал для передачи одиночных фотонов, 9 - волоконный оптический изолятор, 10 - волоконный оптический светоделитель (50/50), имеющий два порта, 11, 20 и 21 - фотодетекторы с различной оптической чувствительностью, 12 и 18 - волоконные спектральные фильтры, 13 - волоконный поляризационный светоделитель, имеющий два порта, 16 - волоконный поляризационный соединитель, имеющий два порта, 14 и 15 -электрооптические фазовые модуляторы, 17 - волоконный оптический циркулятор, имеющий три порта (с указанием номеров портов), 19 - волоконный оптический переключатель или волоконный оптический светоделитель, 22 - однофотонный фотодетектор, 23 - радиоэлектронный блок управления и синхронизации блока отправителя, 24 - канал для передачи классического сигнала синхронизации от радиоэлектронного блока передатчика к радиоэлектронному блоку получателя (канал синхронизации), 25 - открытый канал связи для классической коммуникации между радиоэлектронными блоками отправителя и получателя, 26 - радиоэлектронный блок управления и синхронизации блока получателя.The design of the photonic quantum communication system is presented in the figure, where 1 is a source of monochromatic radiation in the form of a laser, 2 is a fiber optical isolator, 3 is an electro-optical phase modulator, 4 is a tunable fiber optical attenuator, 5 is a passive fiber optical attenuator, 6 is a fiber optical isolator , 7 - temperature controller, 8 - quantum channel for transmitting single photons, 9 - fiber optical isolator, 10 - fiber optical beam splitter (50/50) having two ports, 11, 20 and 21 - photodetectors with different optical sensitivities, 12 and 18 - fiber spectral filters, 13 - fiber polarizing beam splitter having two ports, 16 - fiber polarizing connector having two ports, 14 and 15 - electro-optical phase modulators, 17 - fiber optical circulator having three ports (indicating port numbers), 19 - fiber optical switch or fiber optical beam splitter, 22 - single-photon photodetector, 23 - radio-electronic control and synchronization unit of the sender unit, 24 - channel for transmitting a classic synchronization signal from the radio-electronic unit of the transmitter to the radio-electronic unit of the receiver (synchronization channel), 25 - open channel communication for classical communication between radio-electronic units of the sender and recipient, 26 - radio-electronic control and synchronization unit of the recipient unit.

Перестраиваемый волоконный оптический аттенюатор 4 в данном варианте реализации выполнен с возможностью ослабления излучения до уровня, заданного протоколом, на такт фазовой модуляцииThe tunable fiber optical attenuator 4 in this embodiment is designed to attenuate radiation to the level specified by the protocol per phase modulation cycle

--

Claims (1)

суммарно на боковых частотах.total at side frequencies. Рассмотрим особенности принципов работы блоков отправителя и получателя в зависимости от различных внешних атак.Let's consider the features of the principles of operation of the sender and recipient blocks depending on various external attacks. Принцип работы устройства с защитой от атаки с навязыванием срабатываний однофотонного детектора: однофотонное излучение, несущее информацию, необходимую для передачи квантовой информации, в виде квантовых состояний из блока отправителя системы фотонной квантовой связи, проходя через квантовый канал, попадает в блок получателя системы фотонной квантовой связи. В блоке получателя излучение попадает на волоконный спектральный фильтр 12, отрезающий весь спектральный диапазон длин волн, не участвующий в передаче квантовой информации, далее излучение проходит через первый порт волоконного оптического циркулятора 17 и попадает на второй волоконный спектральный фильтр 18, отражающий узкий спектральный диапазон, в котором находятся однофотонное излучение, несущее информацию, необходимую для передачи квантовой информации и, в некоторых реализациях систем фотонной квантовой связи, так же вспомогательное излучение, не содержащее информацию о квантовых состояниях одиночных фотонов, отраженное от волоконного спектрального фильтра излучение проходит через второй порт волоконного оптического циркулятора и попадает на детектор одиночных фотонов 22. Излучение, прошедшее через второй волоконный спектральный фильтр 18, попадает на волоконный оптический переключатель или волоконный оптический светоделитель 19, который направляет его на два фотодетектора с различной оптической чувствительностью 20, 21, для постоянного контроля оптической мощности излучения, прошедшего через первый волоконный спектральный фильтр 12. Попытка навязывания срабатываний детектору одиночных фотонов отразится на мощности вспомогательного излучения, не содержащего информацию о квантовых состояниях одиночных фотонов. Постоянный контроль оптической мощности вспомогательного излучения, прошедшего через волоконный спектральный фильтр, позволяет обнаружить попытку навязывания срабатываний детектора одиночных фотонов. Использование волоконного оптического переключателя и двух фотодетекторов с различной чувствительностью позволит контролировать широкий диапазон оптических мощностей.The principle of operation of a device protected from attack by imposing triggering of a single-photon detector: single-photon radiation carrying information necessary for the transfer of quantum information in the form of quantum states from the sender block of the photonic quantum communication system, passing through the quantum channel, enters the recipient block of the photonic quantum communication system . In the receiver block, the radiation hits the fiber spectral filter 12, which cuts off the entire spectral range of wavelengths not involved in the transmission of quantum information, then the radiation passes through the first port of the fiber optical circulator 17 and hits the second fiber spectral filter 18, reflecting a narrow spectral range, in which contains single-photon radiation carrying information necessary for the transmission of quantum information and, in some implementations of photonic quantum communication systems, also auxiliary radiation that does not contain information about the quantum states of single photons; the radiation reflected from the fiber spectral filter passes through the second port of the fiber optical circulator and falls on the single photon detector 22. The radiation passed through the second fiber spectral filter 18 falls on the fiber optical switch or fiber optical beam splitter 19, which directs it to two photodetectors with different optical sensitivities 20, 21, for constant monitoring of the optical power of the radiation, passed through the first fiber spectral filter 12. An attempt to impose triggers on the single photon detector will be reflected in the power of the auxiliary radiation, which does not contain information about the quantum states of single photons. Constant monitoring of the optical power of the auxiliary radiation passing through the fiber spectral filter makes it possible to detect an attempt to force triggering of the single photon detector. The use of a fiber optic switch and two photodetectors with different sensitivities will allow control of a wide range of optical powers. Принцип работы устройства фотонной квантовой связи с защитой от атак атакам с перехватом сигналов переизлучения однофотонного детектора: для предотвращения регистрации сигналов переизлучения однофотонного детектора на входе блока получателя системы фотонной квантовой связи устанавливается волоконно-оптический циркулятор 17 и оптический волоконный изолятор 9, который предотвращает проход оптического излучения обратно в квантовый канал.The principle of operation of a photonic quantum communication device with protection against attacks against attacks with interception of re-emission signals of a single-photon detector: to prevent the registration of re-emission signals of a single-photon detector, a fiber-optic circulator 17 and an optical fiber isolator 9 are installed at the input of the recipient block of the photonic quantum communication system, which prevents the passage of optical radiation back to the quantum channel. Принцип работы устройства для передачи квантовых состояний с защитой от оптического зондирования модуляторов: для предотвращения перехвата отраженного излучения от модуляторов блоков отправителя и получателя устройства фотонной квантовой связи в блок отправителя помещается пассивный оптический аттенюатор 5 и волоконный оптический изолятор 6, позволяющие предотвратить проход оптического излучения из квантового канала связи в блок отправителя. Также пассивный оптический аттенюатор 5 и волоконный оптический изолятор 6 оснащены контролем температуры 7, позволяющим определить попытку повреждения оптических компонент высокой оптической мощностью. В блок получателя между оптическим изолятором 9 и волоконными спектральным фильтром 12 помещается волоконный светоделитель 10 и волоконный фотодетектор 11, позволяющие проводить постоянный мониторинг оптической мощности, идущей обратно в квантовый канал из блока получателя.The principle of operation of a device for transmitting quantum states with protection from optical probing of modulators: to prevent the interception of reflected radiation from the modulators of the sender and receiver blocks of the photonic quantum communication device, a passive optical attenuator 5 and a fiber optical isolator 6 are placed in the sender block, preventing the passage of optical radiation from the quantum communication channel to the sender block. Also, the passive optical attenuator 5 and the fiber optical isolator 6 are equipped with a temperature control 7, which makes it possible to detect an attempt to damage optical components with high optical power. A fiber beam splitter 10 and a fiber photodetector 11 are placed in the receiver block between the optical isolator 9 and the fiber spectral filter 12, allowing for constant monitoring of the optical power going back to the quantum channel from the receiver block. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Устройство квантовой коммуникации на боковых частотах, с повышенной степенью защищенности информации от внешних атак, содержащее блок отправителя, который содержит источник монохроматического излучения (1), первый волоконный оптический изолятор (2), подключенный к источнику монохроматического излучения (1), первый электрооптический фазовый модулятор (3), подключенный к первому волоконному оптическому изолятору (2), перестраиваемый волоконный оптический аттенюатор (4), подключенный к первому электрооптическому фазовому модулятору (3), пассивный волоконный оптический аттенюатор (5), подключенный к перестраиваемому волоконному оптическому аттенюатору (4), второй оптический изолятор (6), подключенный к пассивному волоконному оптическому аттенюатору (5), контроллер температуры (7), подключенный к пассивному волоконному оптическому аттенюатору (5) и второму оптическому изолятору (6), и радиоэлектронный блок управления и синхронизации (23), подключенный к первому электрооптическому фазовому модулятору (3), и блок получателя, который содержит третий оптический изолятор (9), волоконный оптический светоделитель (10), подключенный к третьему оптическому изолятору (9), первый волоконный фотодетектор (11), подключенный к волоконному оптическому светоделителю (10), первый спектральный фильтр (12), подключенный к волоконному оптическому светоделителю (10), волоконный поляризационный светоделитель (13), подключенный к первому спектральному фильтру (12), второй и третий электрооптические фазовые модуляторы (14, 15), подключенные к волоконному поляризационному светоделителю (13), волоконный поляризационный соединитель (16), подключенный ко второму и третьему электрооп1. A quantum communication device at side frequencies, with an increased degree of information security from external attacks, containing a sender block, which contains a source of monochromatic radiation (1), a first fiber optical isolator (2) connected to a source of monochromatic radiation (1), a first electro-optical phase modulator (3) connected to the first fiber optical isolator (2), tunable fiber optical attenuator (4) connected to the first electro-optical phase modulator (3), passive fiber optical attenuator (5) connected to the tunable fiber optical attenuator (4 ), a second optical isolator (6) connected to a passive fiber optical attenuator (5), a temperature controller (7) connected to a passive fiber optical attenuator (5) and a second optical isolator (6), and an electronic control and synchronization unit (23 ), connected to the first electro-optical phase modulator (3), and a receiver unit, which contains a third optical isolator (9), a fiber optical beam splitter (10) connected to the third optical isolator (9), a first fiber photodetector (11) connected to fiber optical beam splitter (10), first spectral filter (12) connected to the fiber optical beam splitter (10), fiber polarization beam splitter (13) connected to the first spectral filter (12), second and third electro-optical phase modulators (14, 15) , connected to the fiber polarization beam splitter (13), fiber polarization connector (16) connected to the second and third electroop --
EA202391077 2020-11-10 QUANTUM COMMUNICATION DEVICE AT THE SIDE FREQUENCIES WITH AN INCREASED DEGREE OF INFORMATION SECURITY FROM EXTERNAL ATTACKS EA044749B1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA044749B1 true EA044749B1 (en) 2023-09-28

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8331797B2 (en) Polarization-controlled encoding method, encoder, and quantum key distribution system
EP0722640B1 (en) Cryptographic receiver
CN107872314B (en) Encoding device, light reflector and quantum key distribution equipment and system based on light reflector
JP4064463B2 (en) Method and apparatus for quantum cryptography insensitive to polarization
US4973169A (en) Method and apparatus for securing information communicated through optical fibers
RU2454810C1 (en) Device of quantum distribution of cryptographic key on modulated radiation frequency subcarrier
US20030155490A1 (en) Method and apparatus for detecting malfunctions in communication systems
JPH07505036A (en) Security communication system using Sagnac interferometer
KR20070061016A (en) Transciver and method for high-speed auto-compensating quantum cryptography
JPH02119329A (en) Device and method of detecting optical fiber system
CN107340077A (en) The method for sensing and sensor-based system of a kind of fully distributed fiber temperature and stress
JP3995593B2 (en) Light shutter
EP3308478B1 (en) Fibre-optic communication based on encoded frequency-shifted light
Schreier et al. Coexistence of quantum and 1.6 Tbit/s classical data over fibre-wireless-fibre terminals
EA044749B1 (en) QUANTUM COMMUNICATION DEVICE AT THE SIDE FREQUENCIES WITH AN INCREASED DEGREE OF INFORMATION SECURITY FROM EXTERNAL ATTACKS
Yuan et al. Quantum entanglement distribution coexisting with classical fiber communication
WO2022103288A1 (en) Device for quantum communication on side frequencies
DK172232B1 (en) Method for detecting external influence on an optical cable
EP3738227A1 (en) Transmitter and receiver for quantum key distribution
RU2737956C1 (en) Quantum communication device resistant to optical probing of modulators
US20130347112A1 (en) Method for a fine optical line monitoring in communication lines through qkd systems
CN116508031A (en) Optical multiplexing quantum control interface
RU2747164C1 (en) Device for quantum key distribution at side frequencies which is resistant to polarization distortions of signal in fiber-optic communication lines
RU2812341C2 (en) Method for detecting phases of low-photon coherent light fields at side frequencies in quantum key distribution system
RU2807659C1 (en) Quantum communication device resistant to long-wavelength optical sensing of modulators