EP4423962A1 - Vorrichtung und verfahren für eine freiraum-quantenschlüsselverteilung - Google Patents

Vorrichtung und verfahren für eine freiraum-quantenschlüsselverteilung

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Publication number
EP4423962A1
EP4423962A1 EP22790224.4A EP22790224A EP4423962A1 EP 4423962 A1 EP4423962 A1 EP 4423962A1 EP 22790224 A EP22790224 A EP 22790224A EP 4423962 A1 EP4423962 A1 EP 4423962A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
single photon
photon
receiving device
transmission device
photons
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22790224.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Burchard
Thomas Reul
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Elmos Semiconductor SE
Original Assignee
Elmos Semiconductor SE
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Filing date
Publication date
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Priority claimed from DE102021131004.0A external-priority patent/DE102021131004A1/de
Priority claimed from DE102021131005.9A external-priority patent/DE102021131005A1/de
Priority claimed from DE102021131003.2A external-priority patent/DE102021131003A1/de
Application filed by Elmos Semiconductor SE filed Critical Elmos Semiconductor SE
Publication of EP4423962A1 publication Critical patent/EP4423962A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
    • H04L9/0852—Quantum cryptography
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F7/00—Methods or arrangements for processing data by operating upon the order or content of the data handled
    • G06F7/58—Random or pseudo-random number generators
    • G06F7/588—Random number generators, i.e. based on natural stochastic processes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/70—Photonic quantum communication
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum

Definitions

  • 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.
  • the invention further relates to a single-photon receiving device for receiving a QKD coupled beam transmitted by a single-photon transmitting device.
  • 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.
  • the invention further relates to an integrated QKD circuit.
  • the invention further relates to a car key comprising a single-photon transmission device and/or a single-photon reception device.
  • the invention further relates to a car comprising a single-photon transmission device and/or a single-photon reception device.
  • the invention further relates to the use of a single-photon transmission device and/or a single-photon reception device for data exchange.
  • 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.
  • 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 described, for example, in US 5,307,410 and in the article by C.H. Bennett entitled “Quantum Cryptography Using Any Two Non-Orthogonal States", Phys. Rev. Lett. 68 3121 (1992).
  • Quantum cryptography has developed in an interdisciplinary manner between the scientific fields of quantum physics, quantum optics, information theory, cryptography and computer science.
  • the articles by N. Gisin, G. Ribordy, W. Tittel and H. Zbinden, "Quantum Cryptography", Reviews of Modern Physics provide an overview of the fundamentals and methods as well as the historical development of quantum cryptography. 74, 145 (2002).
  • Quantum cryptography or quantum key distribution is a method that allows 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.
  • 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.
  • quantum cryptography In contrast to classical cryptography, whose security depends on 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 that quantum system.
  • QKD 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.
  • 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.
  • 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.
  • the physical medium used for the transmission of optical communication channels consists of optical fibers.
  • other media are also possible, e.g. B. the propagation in free space.
  • 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.
  • 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.
  • the parameter used to determine whether the channel has a sufficiently good signal-to-noise ratio is called the quantum bit error rate (QBER).
  • QBER quantum bit error rate
  • 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 in QKD system parameters can result, for example, from a temperature fluctuation that changes the orientation of the optical system, or a change in the inherent noise of the single photon detectors in the QKD receiver.
  • the most well-known protocol for QKD is the BB84 protocol, which is based on four different quantum states and is explained in Bennett & Brassard, 1984.
  • 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.
  • FSO free-space optical communication
  • FSO optical free space communication
  • Free space optical communication 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. 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the proposed solution provides a single-photon transmission device and a single-photon reception device, which can exchange a key for secure communication by means of a QKD coupling beam transmitted by the single-photon transmission device and received by the single-photon reception device.
  • 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.
  • the single photon transmission device comprises at least one data bus.
  • 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.
  • the single-photon transmission device includes at least one control line, which connects the drive device to an adjustable voltage regulator.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the control device is set up to control an electric current through the respective power source of the respective single-photon source.
  • 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.
  • the single-photon transmission device includes a plurality of the data buses and a plurality of the microcontroller cores.
  • the plurality of microcontroller cores can simultaneously access different sub-devices of the single-photon transmission device independently of one another.
  • the single-photon transmission device comprises a beam splitter or mirror and a photodetector for measuring and calibrating a photon rate.
  • the beam splitter or mirror is set up to direct at least part of the Q.KD coupling beam onto the photodetector.
  • the microcontroller core is set up to determine a single photon density in the QKD coupled beam using the photodetector.
  • 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.
  • 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.
  • 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 5%, better 2%, better 1%, better 0.5%, better 0.2%, better 0.1%, better 0.05%, better 0.02%, better 0.01% differs.
  • the microcontroller core is set up to remove the beam splitter or mirror from the QKD coupling beam after the calibration of the single photon densities of the various single photon sources has ended, in particular by means of an actuator, with the microcontroller core controlling the actuator via the internal data bus.
  • the sub-device comprises a conical mirror and a spatial filter, in particular comprising a first pinhole and a second pinhole.
  • 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.
  • the partial device comprises at least one ⁇ /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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the single-photon transmission device includes access logic for this purpose.
  • the microcontroller core is set up to access the at least one read/write memory by means of the internal data bus.
  • the microcontroller core is set up to access the at least one non-writable volatile memory by means of the internal data bus.
  • the single-photon transmission device comprises at least one non-volatile manufacturer memory which is writable and/or non-writable.
  • the manufacturer's non-volatile memory includes boot software for the microcontroller core.
  • the single-photon transmission device comprises at least one cryptography accelerator.
  • the at least one cryptography accelerator is connected to the microcontroller core via the internal data bus.
  • 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.
  • the at least one manufacturer memory firewall is provided between the manufacturer memory and the internal data bus.
  • 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.
  • CRC Cyclic Redundancy Check
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the at least one security monitoring and control circuit is set up to detect an attack and, if necessary, the single photon transmission device for a to block access to 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 contents of the memory to predefined values, and/or to overwrite them with nonsensical data, and/or to others way to manipulate.
  • the single-photon transmission device comprises at least one quantum process-based generator which is set up to generate genuine random numbers.
  • the at least one data interface comprises.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 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.
  • 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.
  • the single-photon transmission device includes 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 of the single photon transmission device with devices external to the single photon transmission device.
  • 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.
  • 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.
  • 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 one secured device to run, or an activation key for a protected device to run, for example, a secured procedure.
  • 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
  • the single-photon transmission device comprises at least one biometric sensor.
  • the single-photon transmission device comprises at least one means for identifying a person using the single-photon transmission device.
  • 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.
  • the single photon detector system has at least one single photon detector.
  • the at least one single photon detector is set up to detect the Q.KD coupling beam of the single photon transmission device.
  • the single photon receiving device comprises at least one microcontroller core.
  • the single photon receiving device comprises at least one internal data bus.
  • 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.
  • 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 a further refinement, the single-photon receiving device has at least one writable non-volatile memory.
  • the single-photon receiving device has at least one non-volatile, read-only memory.
  • 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.
  • the single-photon receiving device has at least one non-volatile, writable and/or non-writable manufacturer memory.
  • the single-photon receiving device has at least one cryptography accelerator.
  • 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.
  • the single-photon receiving device has at least one CRC (Cyclic Redundancy Check) module.
  • CRC Cyclic Redundancy Check
  • the single-photon receiving device has at least one clock generator module.
  • 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.
  • the single-photon receiving device has at least one safety monitoring circuit and safety control circuit set up for this purpose the integrity of the single photon receiving device must be monitored and
  • the single-photon receiving device has at least one quantum-process-based generator for true random numbers.
  • the single-photon receiving device has at least one data interface which is set up to carry out data communication with other computer systems.
  • the single-photon receiving device comprises at least one basic clock generator.
  • the single-photon receiving device has at least one reset circuit.
  • the single-photon receiving device comprises at least one power supply or Vcc circuit with a voltage regulator.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the single-photon receiving device has at least one input/output circuit which is set up for this purpose Single photon receiving device to allow other devices to control or read or otherwise communicate with them.
  • the reset circuit of the single-photon receiving device comprises a watchdog timer.
  • 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 configured 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.
  • 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.
  • 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.
  • the single-photon receiving device has at least one wireless and/or at least one wired data interface.
  • 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.
  • the wireless data interface of the single-photon receiving device has at least one antenna in each case.
  • the single-photon receiving device has a
  • the single photon detector system comprises the
  • Single photon receiving device at least one receiving channel for single photons.
  • 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 Q.KD coupling beam of the single photon transmitting device onto the single photon detectors of the single photon detector system of the single photon receiving device.
  • the single photon detector system comprises at least one polarizing beam splitter.
  • the single photon detector system of the single photon receiving device comprises at least one ⁇ /4 plate and/or a polarization rotating device.
  • the single photon receiving device has an alignment receiver for aligning the single photon transmitting device with respect to the single photon receiving device.
  • the alignment receiver of the single photon receiving device is set up to detect a laser pointer beam of the single photon transmitting device.
  • the alignment receiver of the single photon receiving device comprises a receiver.
  • the receiver is set up to detect the laser pointer beam.
  • the alignment receiver comprises an optical system.
  • 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.
  • the microcontroller core of the single-photon receiving device is set up in accordance with a signaling of the interface of the Single photon receiving device generation of a common quantum key for the
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the single photon transmission device according to the invention described above and/or the single photon receiving device according to the invention described above is used in particular for data exchange
  • 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.
  • 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.
  • 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 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.
  • the single-photon transmission device according to the invention and the single-photon reception device according to the invention have a very compact design.
  • the integrated QKD circuit according to the invention In particular in the form of the integrated QKD circuit according to the invention.
  • the CPK gets better. 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.
  • Fig. 2 is a schematic representation of an optical system of a Q.KD single photon transmission device according to the prior art
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of another optical system of a Q.KD single photon transmission device according to the prior art
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a single photon transmission device according to the invention in a first embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a single photon transmission device according to the invention in a further embodiment
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a single photon receiving device according to the invention
  • FIG. 7 is a schematic block diagram of an exemplary integrated circuit for use as a QKD integrated circuit in automotive QKD systems
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a coupling of a single photon transmission device according to the invention to a single photon reception device according to the invention by means of a QKD coupling beam
  • FIG. 9 shows a schematic representation of the use of a laser pointer beam for aligning the single-photon transmission device according to the invention with the single-photon reception device according to the invention
  • FIG. 10 shows a 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;
  • FIG. 11 shows a 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;
  • FIG. 13 shows a 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
  • FIG. 14 shows a 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;
  • FIG. 15 shows a schematic representation of a metal-optical filter with metal-optical sub-filters for a SPAD diode array of SPAD diodes according to FIG. 14.
  • FIG. 1 shows a schematic and simplified representation of an optical system of a Q.KD receiver 101 according to the prior art, the QKD receiver being a single-photon receiver 101 .
  • a direction-of-polarization-modulated stream of single photons 102 arrives via a receiving path 152 in a QKD receiving system of the single-photon receiver 101 for a polarization-modulated single-photon beam.
  • a non-polarizing first beam splitter 183 splits the polarization direction modulated flow of the individual photons 102 in the reception path 152 into a first signal path 1604 and a second signal path 187 .
  • a single photon of the polarization direction-modulated stream of single photons 102 in the receiving path 152 will reach the first signal path 1604 with a probability of 50%, and a single photon of the polarization direction-modulated stream of single photons 102 in the receiving path 152 will reach the second signal path 187 with a probability of 50% second polarizing beam splitter 184 splits the one first single photon stream 1604 into a third horizontally polarized single photon stream and a fourth vertically polarized photon stream.
  • the second polarizing beam splitter 184 directs the photons of the light in the first signal path 1604 having a horizontal polarization to a first single photon detector 176 for horizontally polarized single photons and the photons of the light in the first signal path 1604 having a vertical polarization to a second single photon detector 177 for vertically polarized single photons.
  • a ⁇ /4 plate 188 rotates the photons in the second signal path 187 by 45° and feeds these rotated photons into a rotated second signal path 189 .
  • a third polarizing beam splitter 190 directs the -45° polarized single photons of light in the rotated second signal path 189 to a fourth single photon detector 179, and the +45° polarized single photons of the light in the rotated second signal path 189 to a third single photon detector 178.
  • the proposed single-photon receiver 101 for a polarization-direction-modulated stream 102 of the single photons can detect the polarization modulation of the polarization-direction-modulated stream 102 of the single photons in the reception path 152 and make it available to a computer, for example a microcontroller core.
  • FIG. 2 shows a schematic and simplified representation of an optical system of a Q.KD single-photon transmission device 201 according to the prior art.
  • the direction-of-polarization-modulated stream of single photons 102 leaves the QKD single-photon transmission device 201 via the receiving path 152 as a polarization-modulated single-photon beam 102.
  • the polarization modulatable single photon source 201 comprises a first single photon source 236 for horizontally polarized single photons and a second single photon source 237 for vertically polarized single photons and a third single photon source 238 for horizontally polarized single photons and a fourth single photon source 239 for vertically polarized single photons.
  • the single photons of the third single photon source 238 for horizontally polarized single photons and the fourth single photon source 239 for vertically polarized single photons must pass through a ⁇ /4 plate 288 before leaving the polarization-modulated single photon source 201 .
  • This ⁇ /4 plate 288 rotates the polarization of the single photons of the third single photon source 238 for horizontally polarized single photons and of the single photons of the fourth single photon source 239 for vertically polarized single photons by 45°. Therefore, the third single-photon source 238 for horizontally polarized single photons is actually a third single-photon source 238 for +45° polarized single photons with respect to the receiving path 152. Likewise, for this reason, the fourth single-photon source 239 for vertically polarized single photons is actually one fourth single photon source 239 for -45° polarized single photons related to the reception path 152.
  • a first beam splitter 283 and a second beam splitter 284 and a third beam splitter 290 combine the single photons of the first single photon source 236 and the second single photon source 237 and the third single photon source 238 and the fourth single photon source 239 into a common stream 102 of single photons in the reception path 152.
  • 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 stream 102 of the single photons in 45° steps is possible overall.
  • FIG. 3 shows another possibility for mixing together individual photons from differently polarized individual photon sources 336 to 339 to form a common beam 102 of individual photons according to the prior art.
  • the system axis is preferably substantially equal to the optical axis of the stream 102 of single photons.
  • the respective optical emission axes of the respective single photon sources 336 to 339 are arranged perpendicularly to the system axis of the beam 102 of the single photons.
  • the respective optical emission axes of the respective single photon sources 336 to 339 are preferably located essentially in a plane which is arranged perpendicularly to the system axis of the beam 102 of the single photons.
  • the respective optical emission axes of the respective single photon sources 336 to 339 preferably essentially cross at a crossing point.
  • An exemplary cone-shaped mirror 1301 has a specular surface in the shape of a cone and a rotational axis of symmetry.
  • the rotational axis of symmetry of the conical mirror 1301 is preferably arranged essentially parallel and essentially congruent to the system axis.
  • the crossing point of the respective optical emission axes of the respective single photon sources 336 to 339 is preferably essentially on the system axis and essentially on the rotational axis of symmetry of the conical mirror 1301 and typically within the conical mirror 1301.
  • k is the number of the respective single photon source 336 to 339.
  • the angles of the respective optical emission axes of the respective single photon sources 336 to 339 differ by 45° compared to the respective optical emission axes of the directly adjacent single photon sources of the single photon sources 336 to 339.
  • Other numbers of single photon sources are possible. For example, 8 or 16 single photon sources are conceivable.
  • n>2 is preferred.
  • n>4 is better.
  • a spatial filter 1302 eliminates slight fluctuations in the photon density per unit of time as a function of the single photon transmitter 336 to 339 emitting a single photon.
  • the spatial filter 1302 consists in the example of FIG of the n single photon sources in an arrangement plane perpendicular to the beam axis of the stream 102 of the single photons and by rotating the optical emission axes of the single photon sources by (kl)/(2*n) *360° to each other, the presented device can perform a quantized modulation of the polarization of the single photons in steps of (kl)/(2*n) *360 ° make.
  • the conical mirror 1301 deflects the individual photons of the respective individual photon sources 336 to 339, whose respective emission axes are oriented differently in the arrangement plane, into the common beam direction of the beam axis of the individual photons 102.
  • the spatial filter 1302 eliminates any occurring smaller single photon sources specific deviations.
  • FIG. 4 shows a schematically simplified example of a single-photon transmission device 401 according to the invention using the example of a car key system 401 without alignment aids for a car.
  • the core of the car key system 401 is a microcontroller core 416.
  • Essential parts of the single-photon transmission device, in particular the car key system, 401 are preferably microintegrated on a semiconductor substrate. These parts are preferably manufactured using CMOS, BiCMOS or bipolar technology.
  • the single photon transmission device 401 preferably includes one or more internal data buses 402, via which the microcontroller core 416 of the single photon transmission device 401 preferably handles the internal data communication. Furthermore, the single photon transmission device preferably includes one or more read/write memories RAM 403 for storing and providing use of data and program instructions by the microcontroller core 416. In addition, the single photon transmission device 401 preferably has one or more writeable non-volatile memories 404. These non-volatile memories may include EEPROM memory 404 or flash memory 404 or OTP memory 404, for example. Furthermore, the single-photon transmission device 401 preferably has one or more non-volatile read-only memories 405, such as a ROM 405, for example. This read-only memory preferably contains program code and program data for the microcontroller core 416, which typically processes this program code. Program code and program data may also be stored in the one or more writable non-volatile memories 404 .
  • the exemplary single-photon transmission device 401 preferably includes one or more non-volatile, writable and/or non-writable manufacturer memories 406.
  • the manufacturer memory 406 can be, for example, a manufacturer ROM.
  • the exemplary single-photon transmission device 401 preferably comprises one or more cryptographic accelerators 407, for example a DES accelerator and/or an AES accelerator 407 to accelerate the execution of the cryptographic algorithms by the microcontroller core 416 of the exemplary single photon transmission device 401.
  • the exemplary single-photon transmission device 401 preferably also includes one or more manufacturer memory firewalls 408, which prevent unauthorized access to the manufacturer memory 406 and only allow it after appropriate authentication, for example using a password.
  • the manufacturer memory firewalls will irrevocably block access if more than an allowed number of unsuccessful attempts to access the manufacturer memory 406 have been made.
  • Another device for increasing efficiency can be one or more CRC (Cyclic Redundancy Check) modules 411 of the exemplary single-photon transmission device 401 . These calculate a CRC check data word for a specified amount of data, as is used in many data communication protocols, for example.
  • the exemplary single-photon transmission device 401 typically has one or more clock generator modules (Clock Driver, CLK) 412 that provide the system clocks for operating the device parts of the exemplary single-photon transmission device 401 .
  • the example single photon transmission device 401 preferably includes one or more timer modules 413 that control timing within the example single photon transmission device 401 .
  • the exemplary single photon transmission device 401 preferably comprises one or more security monitoring circuits and security control circuits 414 that monitor the integrity of the exemplary single photon transmission device 401 and, if necessary, initiate countermeasures in the event of an attack.
  • the exemplary single-photon transmission device 401 preferably comprises at least one preferably quantum process-based generator for genuine random numbers (Quantum Random Number Generator: QRNG) 415.
  • the example single photon transmission device 401 includes one or more 8/16/32/64-bit microcontroller cores 416 that execute the programs in the example single photon transmission device 401 memory.
  • the exemplary single photon transmission device 401 preferably includes one or more optional data interfaces 417, in particular one or more universal asynchronous receiver transmitters (UART) for supporting high-speed serial data, for data communication with other computer systems.
  • UART universal asynchronous receiver transmitters
  • One or more base clock generators 421 are preferably part of the example single photon transmission device 401.
  • the example single photon transmission device 401 preferably includes one or more reset circuits 422.
  • the one or more power supply or Vcc circuits 423 also include at least one energy reserve, such as a battery or accumulator.
  • the one or more power supply or Vcc circuits 423 also comprise a charging circuit and a first charging coil, which is typically not a device part of the exemplary single photon transmission device 401, is used for inductive coupling to a second charging coil, which is preferably part of an exemplary single photon transmission device 401 external device and/or separate from the example single photon transmission device 401 .
  • the external charging device transmits energy by means of an inductive coupling from an energy system, for example a battery or an alternator or the like, or from an energy system of the external charging device, for example an energy store or a generator or a solar cell or a power grid or the like, by means of the charging circuit of the one or more power supply or Vcc circuits 423 of the example single photon transmission device 401 on the energy reserve of the one or more power supply or Vcc circuits 423 of the example single photon transmission device 401.
  • the example single photon transmission device 401 typically has one or more ground circuits 424, which protect the device against reverse polarity and protect against attacks via the ground line.
  • the example single photon transmission device 401 also typically includes one or more input/output circuits 425 that allow the example single photon transmission device 401 to drive, read, or otherwise communicate with other devices.
  • FIG. 4 shows, by way of example and schematically, the block diagram of an exemplary system for the use of the exemplary single-photon transmission device 401, for example in automobile keys.
  • Figure. 4 shows a diagram of an example of an example single photon transmission device 401.
  • the example single photon transmission device 401 includes, for example, memory elements that are connected to an internal data bus 402 of the example single photon transmission device 401.
  • FIG. The memory elements of the example single photon transmission device 401 may include, for example, one or more random access memories RAM 403, one or more writable non-volatile memories such as EEPROM memory 404 or flash memory 404 or OTP memory 404.
  • the example single-photon transmission device 401 preferably includes one or more non-volatile, read-only memories 405, such as a ROM.
  • the example single-photon transmission device 401 preferably includes one or more non-volatile, writable and/or non-writable manufacturer memories 406.
  • manufacturer memory 406 may be manufacturer ROM.
  • the manufacturer ROM 406 preferably includes the boot software for the microcontroller core 416 of the example single-photon transmission device 401.
  • the example single-photon transmission device 401 includes, for example, one or more cryptography accelerators 407, for example a DES accelerator and/or an AES accelerator 407, which preferably has the internal data bus 402 of example single photon transmission device 401 to microcontroller core 416 of example single photon transmission device 401 .
  • one or more manufacturer memory firewalls 408 may be provided between the manufacturer memory 406 of the example single photon transmission device 401 and the internal data bus 402 of the example single photon transmission device 401 .
  • the example single photon emitting device 401 preferably includes processing modules of the example single photon emitting device 401 that communicate with the microcontroller core 416 of the example single photon emitting device 401 via the internal data bus 402 of the example single photon emitting device 401 .
  • the processing modules of the exemplary single photon transmission device 401 preferably comprise at least one of the following modules: a CRC (Cyclic Redundancy Check) module 411 of the exemplary single photon transmission device 401, a clock generator module 412 of the exemplary single photon transmission device 401, one or more timer modules 413 of the exemplary single photon transmission device 401, a Security monitoring and control circuitry 414 of the exemplary single photon transmitter device 401, one or more preferably quantum process-based true random number generators (QRNG) 415 of the exemplary single photon transmitter device 401, one or more 8/16/32/15-bit microcontroller cores 416 of the exemplary single photon transmission device 401 and one or more data interfaces 417 of the exemplary single photon transmission device 401, in particular one or more universal asynchronous receiver transmitters (UART) for supporting high-speed serial data.
  • a CRC Cyclic Redundancy Check
  • the other circuit parts of the exemplary single-photon transmission device 401 include, for example, one or more basic clock generators 421 (CLK) and/or one or more clock generator modules 412, a reset circuit 422, a power supply or Vcc circuit 423 with voltage regulators that provide the operating voltage, a ground circuit 424 and an input/output circuit 425.
  • CLK basic clock generators 421
  • Vcc circuit 423 with voltage regulators that provide the operating voltage
  • ground circuit 424 and an input/output circuit 425.
  • the example single photon transmission device 401 is configured to enable secure authentication.
  • the exemplary single-photon transmission device 401 preferably stores further data in addition to the authentication code, e.g. B.
  • the example single photon transmission device 401 may store other application data.
  • the example single photon transmission device 401 includes, for example, a microcontroller core 416 configured to facilitate secure authentication of a product.
  • the internal data bus 402 of the example single photon transmission device 401 can include multiple data buses 402 for multiple microcontroller cores 416 of the example single photon transmission device 401, so that these multiple microcontroller cores 416 can access different sub-devices of the example single photon transmission device 401 independently of one another at the same time.
  • the example single photon transmission device 401 comprises only one internal data bus 402 and only one microcontroller core 416.
  • the microcontroller core 416 of the example single photon transmission device 401 is preferably an ARM processor or the like. It is preferably an 8-bit or a 16-bit or a 32-bit or a 64-bit microcontroller core 416.
  • the exemplary single-photon transmission device 401 preferably includes one or more read/write memories RAM 403. These can be, for example, SRAMs and/or MRAMs and/or FRAMS or the like.
  • the one or more read/write memories RAM 403 of the example single-photon transmission device 401 can also be wholly or partly dynamic read/write memories such as DRAMs, which the microcontroller core 416 or a refresh device of the example single-photon transmission device 401 at regular time intervals in read and rewrite in a refresh cycle.
  • the example single-photon transmission device 401 can have an access logic that regularly executes this refresh and controls this access.
  • the microcontroller core 416 of the exemplary single photon transmission device 401 can preferably access this write/read memory RAM 403 of the exemplary single photon transmission device 401 by means of the internal data bus 402 of the exemplary single photon transmission device 401 .
  • the exemplary single photon transmitter device 401 preferably comprises one or more writable and non-volatile memories 404.
  • the microcontroller core 416 of the exemplary single photon transmitter device 401 can preferably access these writable and non-volatile memories 404 of the exemplary single photon transmitter device 401 by means of the internal data bus 402 of the exemplary single photon transmitter device 401.
  • This non-volatile memory 404 of the example single-photon transmission device 401 may include EEPROM memory 404 or flash memory 404 or OTP memory 404, for example.
  • OTP stands for English One Time Programmable, which means only once programmable.
  • One possibility for an attack may be the erasure of the non-volatile memory 404 by means of radiation, for example X-rays and/or ionizing radiation, and/or the heating of memory cells.
  • the example single photon transmission device 401 preferably has one or more safety monitoring circuits and safety control circuits 414 of the example single photon transmission device 401 that monitor the data integrity of the memory cells of the erasable memories 404 of the example single photon transmission device 401 .
  • the memory cells of erasable memory 404 of exemplary single-photon transmission device 401 preferably have redundancy such that at least two check bits are provided for a data word, which is preferably a data word with a length of 8 bits, i.e. one byte, and that there are always at least a first check bit must have the content 1 and another, wide check bit, which is associated with this first check bit, must have the content 0.
  • the first check bit can be a parity bit of the byte and the second check bit can be the inverse bit of the parity bit relative to the first check bit. If an attack with ionizing radiation or the like then occurs, the attack resets both test bits to the same value. This is an illegal condition that the example single photon transmission device 401 can detect.
  • the one or more safety monitoring circuits and safety control circuits 414 of the exemplary single-photon transmission device 401 detect such a deviation and, if necessary, block the exemplary single-photon transmission device 401 from further access at least for a preferably predetermined period of time.
  • Each bit of the memory of the exemplary single-photon transmission device 401 is preferably designed twice, so that each logical data bit is preferably implemented as a pair of a first physical data bit with a first internal logical value and a second physical data bit with a second internal logical value.
  • the second internal logical value is typically the logical inverse of the first internal logical value. That this is always the case is again preferably monitored by the one or more safety monitoring circuits and safety control circuits 414 of the exemplary single photon transmission device 401.
  • the one or more safety monitoring circuits and safety control circuits 414 of the exemplary single-photon transmission device 401 again detect deviations and, for example, preferably block the further execution of programs or certain program parts and/or access to data, for example for the microcontroller core 416 in the event of deviations.
  • the example single photon transmission device 401 comprises one or more reset circuits 422 of the example single photon transmission device 401.
  • the reset circuits 422 of the example single photon transmission device 401 each set the example single photon transmission device 401 and/or sub-devices of the example single photon transmission device 401 to predefined states when predetermined or determinable reset conditions and/or combinations and/or temporal sequences of such reset conditions exist.
  • these conditions may be signaling from the one or more safety monitoring circuits and safety control circuits 414 of the example single photon transmission device 401 to one or more reset circuits 422 of the example single photon transmission device 401, for example.
  • These conditions can also be changes and/or values of electrical node potentials compared to the potential of a reference node or a reference potential line, that is, for example, one or more operating voltages of the exemplary single-photon transmission device 401.
  • a watchdog timer may be part of a reset circuit 422 of the example single photon transmission device 401 .
  • such conditions may affect the integrity of the housing of the example single photon transmission device 401 .
  • the housing of the exemplary single photon transmission device 401 preferably includes a detector for opening or damaging the housing of the exemplary single photon transmission device 401.
  • this can be a single line that, for example as a textile network, surrounds or covers the exemplary single photon transmission device 401 or at least parts of the exemplary Single photon transmission device 401 covers. It can also be a network of lines that cover the exemplary single photon transmission device 401 exclusively for detecting an attack.
  • the exemplary single-photon transmission device 401 can in each case feed an electric current into one or more such lines by means of a first input/output line and withdraw this again at one or more second input/output lines.
  • the microcontroller core 416 of the example single-photon transmission device 401 of this attack signal For example, in such a case of suspected violation of the integrity of the housing of the example single photon transmission device 401, one or more of the one or more safety monitoring circuits and safety control circuits 414 of the example single photon transmission device 401 can block and/or read access to memory contents of the memory of the example single photon transmission device 401.
  • the memories of the example single-photon transmission device 401 preferably include one or more non-volatile, read-only memories 405, such as ROM.
  • the ROM of the exemplary single-photon transmission device 401 preferably contains data and/or program instructions specified by the design.
  • the exemplary single-photon transmission device 401 preferably has one or more non-volatile, writable and/or non-writable manufacturer memories 406 in which the semiconductor manufacturer or another supplier can store their production and security data, such as serial numbers, etc.
  • the semiconductor manufacturer preferably blocks access to this writable and/or non-writable non-volatile manufacturer memory 406 of the exemplary single-photon transmission device 401.
  • Access to the writable and/or non-writable manufacturer memory 406 of the exemplary single-photon transmission device 401 is preferred using one or more manufacturer passwords.
  • a double key procedure makes sense.
  • a customer following the semiconductor manufacturer stores a customer password in a customer lock register of the exemplary single-photon transmission device 401 that can also be locked for access with a password.
  • the semiconductor manufacturer can preferably only access all memory areas of the exemplary single-photon transmission device 401 with the customer password and the semiconductor password.
  • the semiconductor manufacturer provides an analysis password, by means of which it can cause one or more of the one or more security monitoring circuits and security control circuits 414 of the example single photon transmission device 401 to delete the customer content in the memories of the example single photon transmission device 401, typically with the aid of the reset circuit 422 of the example single photon transmission device 401 and then to make all memory areas of the example single photon transmission device 401 accessible for analysis of errors.
  • the manufacturer memory 406 of the example single-photon transmission device 401 can be a manufacturer ROM, the content of which is defined, for example, during the manufacture of the semiconductor circuit of the example single-photon transmission device 401 .
  • the exemplary single-photon transmission device 401 is typically intended to receive encrypted data and/or program code parts and/or commands using cryptographic methods that are stored in the memories of the exemplary single-photon transmission device 401 and that one or more of the microcontroller cores 416 of the exemplary single-photon transmission device 401 execute and /or to send such.
  • the encryption is preferably a QKD encryption in each case. Some of these methods require considerable computing power.
  • the microcontroller core 416 of the example single-photon transmission device 401 execute certain program parts of these cryptographic methods in the form of partial steps of these cryptographic methods, but that one or more special hardware accelerators of the example single-photon transmission device 401 preferably in the form of one or more cryptography accelerators 407 of the exemplary single photon transmission device 401 execute these program parts.
  • the exemplary single-photon transmission device 401 preferably has, for example, a DES accelerator 407 for the DES algorithm and/or an AES accelerator 407 for executing the AES algorithm.
  • the microcontroller core 416 of the example single photon transmission device 401 typically addresses these hardware accelerators of the example single photon transmission device 401 via the internal data bus 402 of the example single photon transmission device 401 .
  • the microcontroller core 416 of the exemplary single-photon transmission device 401 preferably has a redundant clock system of the exemplary single-photon transmission device 401 in order to be able to recognize access to the clock system of the exemplary single-photon transmission device 401 .
  • One or more of the one or more security monitoring circuitry and security control circuitry 414 of the example single photon transmission device 401 monitors the consistency of the logical contents of this preferred plurality of redundant clock systems of the example single photon transmission device 401 and can thereby detect attacks and errors.
  • One or more manufacturer memory firewalls 408 of the example single photon transmission device 401 preferably prevent the microcontroller core 416 of the example single photon transmission device 401 and the test logic of the example single photon transmission device 401 from accessing the manufacturer memory of the example single photon transmission device 401.
  • These manufacturer firewalls 408 of the example single photon transmission device 401 can be preferred , as described, through a manufacturer password can be unlocked.
  • the number of incorrect entries is preferably very limited in order to minimize the probability of a successful attack.
  • the exemplary single-photon transmission device 401 comprises one or more CRC (Cyclic Redundancy Check) modules 411 of the exemplary single-photon transmission device 401, so that the exemplary single-photon transmission device 401 for serial data communication uses the CRC data that is used in most data protocols to detect faulty data transmissions, for can generate one efficiently in the case of a transmission process and, on the other hand, can quickly check the correct receipt of the data message when it is received.
  • the example single photon transmission device 401 includes one or more clock driver (CLK) modules 412 that generate one or more clock signals for operating the circuitry of the example single photon transmission device 401 .
  • CLK clock driver
  • the one or more clock generator modules (Clock Driver, CLK) 412 of the exemplary single-photon transmission device 401 preferably generate redundant clock signals that indicate an attack on the clock system of the exemplary single-photon transmission device 401 .
  • the exemplary single-photon transmission device 401 comprises one or more timer modules 413, such as those required by the microcontroller core 416 for the detection of time-outs.
  • the exemplary single-photon transmission device 401 preferably includes one or more watchdog timers that monitor the processing of the various program parts by the one or more microcontroller cores 416 of the exemplary single-photon transmission device 401 .
  • the exemplary single photon transmission device 401 comprises at least one preferably quantum process-based generator for genuine random numbers (English: Quantum Random Number Generator: QRNG) 415.
  • Quantum-based processes have the advantage that they are based on genuine randomness.
  • the physicist Bell proved that the theory of "hidden parameters" was wrong. That means there are no hidden causes for the randomness of quantum mechanical events, such as the emission of photons.
  • the already repeatedly mentioned microcontroller core 416 of the exemplary Single photon transmission device 401 may be, for example, an 8-bit microcontroller core, or a 16-bit microcontroller core, or a 32-bit microcontroller core, or a 64-bit microcontroller core, or a 128-bit microcontroller core, etc.
  • the example single-photon transmission device 401 may be one or more Have 8/16/32/15-bit microcontroller cores 416, which preferably have one or more internal data buses 402 of the exemplary single-photon transmission device 401 to the other sub-devices exemplary single photon transmission device 401 can access.
  • the example single photon transmission device 401 includes one or more data interfaces 417 of the example single photon transmission device 401.
  • Such data interfaces 417 may be, for example, one or more Universal Asynchronous Receiver Transmitters (UART) for supporting high-speed serial data.
  • the exemplary single-photon transmission device 401 preferably has one or more base clock generators 421 (CLK), which preferably each provide a base clock to one or more clock generator modules (English clock driver, CLK) 412 of the exemplary single-photon transmission device 401 .
  • the basic clock generators 421 (CLK) of the exemplary single-photon transmission device 401 are preferably oscillators.
  • the example single photon transmission device 401 also includes one or more power supply or Vcc circuits 423 with voltage regulators that provide the operating voltages for the example single photon transmission device 401 .
  • the example single-photon transmission device 401 also includes one or more ground circuits 424, which include, for example, reverse polarity protection and protection circuits against manipulation of the electrical potential of the semiconductor substrate of the semiconductor crystal of the microintegrated tele of the example single-photon transmission device 401.
  • ground circuits 424 include, for example, reverse polarity protection and protection circuits against manipulation of the electrical potential of the semiconductor substrate of the semiconductor crystal of the microintegrated tele of the example single-photon transmission device 401.
  • one or more of the one or more ground circuits 424 of the example single photon transmission device 401 and/or one or more of the one or more power supply or Vcc circuits 423 of the example single photon transmission device 401 cooperate to modulate the current consumption and/or or the internal resistance and/or the voltage drop between the supply voltage connections of the example single-photon transmission device 401 does not allow any conclusions to be drawn about the operating sequences and/or states of the example single-photon transmission device 401 at least at times.
  • the example single photon transmitting device 401 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 photon transmitting device 401 to include one or more input/output circuits 425, typically implemented as digital Inputs and / or as digital outputs, which can preferably also take a tri-state state, are executed.
  • the example single-photon transmission device 401 may include an analog-to-digital converter that allows the microcontroller core 416 to monitor internal analog values, such as operating voltage, and external analog values.
  • the analog-to-digital converter can use an analog multiplexer be provided to monitor a plurality of internal electrical nodes of the example single photon transmission device 401 for the correctness of the values of the electrical potential against a reference potential of the example single photon transmission device 401 .
  • the microcontroller core 416 of the exemplary single photon transmission device 401 controls this analog multiplexer.
  • the exemplary single-photon transmission device 401 can be provided with one or more driver stages 692 in order to be able to drive actuators 694, for example.
  • These actuators 694 can be, for example, motors and/or other ohmic and/or inductive and/or capacitive loads and the like.
  • Such a driver stage 692 of the exemplary single-photon transmission device 401 can be, for example, a half-bridge and/or an H-bridge or the like. It is also conceivable that these are power current sources of the exemplary single-photon transmission device
  • 401 can act, for example, for illuminants such as LEDs.
  • the document presented here thus proposes an exemplary single-photon transmission device 401, in particular for the safe control of devices in automobiles, which comprises a semiconductor crystal.
  • the exemplary single photon transmission device 401 is fabricated in CMOS circuitry, or bipolar circuitry, or BiCMOS circuitry.
  • the exemplary single-photon transmission device 401 preferably comprises memory elements, one or more internal data buses 402, one or more 8/16/32/15-bit microcontroller cores 416 and one or more preferably quantum-process-based generators 415 for the generation of true or high-quality random numbers (English: Quantum Random Number Generator: QRNG).
  • the internal data bus 402 of the example single photon transmission device 401 may include multiple data buses.
  • the memory elements of the example single photon transmission device 401 are typically associated with the internal data bus
  • the data interfaces of the example single photon transmission device 401 are typically connected to the internal data bus 402 of the example single photon transmission device 401 .
  • the one or more random number generators (QRNG) 415 of the example single photon transmission device 401 are also preferably connected to the internal data bus 402 of the example single photon transmission device 401 .
  • the one or more microcontroller cores 416 of the example single photon transmission device 401 are also preferably connected to the internal data bus 402 of the example single photon transmission device 401 .
  • the one or more random number generators (QRNG) 415 preferably and typically generate one or more random numbers upon request of the microcontroller core 416 of the example single photon transmission device 401 .
  • QRNG random number generators
  • one or more microcontroller cores 416 of the exemplary single-photon transmission device 401 encrypt and/or decrypt data using a respective program of the relevant microcontroller core 416, which originates from one or more of its memory elements, and using a respective key of the generated keys, data that these microcontroller cores 416 typically communicate via one or more data interfaces of the example single photon transmission device 401 the one or more data interfaces of the example single photon transmission device 401 with devices external to the example single photon transmission device 401 .
  • the memory elements of exemplary single-photon transmission device 401 include one or more read/write memories RAM 403 and/or one or more writable non-volatile memories, in particular EEPROM memories 404 and/or flash memories 404 and/or OTP memory 404, and/or one or more read-only memories, and/or one or more non-volatile manufacturer memories.
  • the one or more manufacturer memories of the example single photon transmission device 401 may include, for example, one or more manufacturer ROMs 406 and/or one or more manufacturer EEPROMs and/or one or more manufacturer flash memories.
  • the manufacturer memory of the example single photon transmission device 401 in particular a manufacturer ROM 406 of the example single photon transmission device 401, includes the boot software for starting the microcontroller core 416 of the example single photon transmission device 401 in order to reliably start the example single photon transmission device 401.
  • the example single-photon transmission device 401 has a manufacturer memory firewall 408 of the example single-photon transmission device 401 between the manufacturer memory 406 of the example single-photon transmission device 401 and the internal data bus 402 of the example single-photon transmission device 401, which restricts access to the manufacturer memory 406 of the exemplary single photon transmission device 401 prevented without authentication.
  • the exemplary single-photon transmission device 401 has one or more of the following components: a base clock generator 421 (CLK), a clock generator circuit 412, a reset circuit 422, a power supply or a Vcc Circuitry 423 with voltage regulators that provide the operating voltages for at least the example single photon transmission device 401, a ground circuit 424, an input/output circuit 425, one or more processing modules.
  • the processing modules of the exemplary single photon transmission device 401 communicate with the internal data bus 402 of the exemplary single photon transmission device 401 and thus typically with a microcontroller core 416 of the exemplary single photon transmission device 401.
  • the processing modules of the exemplary single photon transmission device 401 preferably include one or more of the following modules: A CRC module (Cyclic Redundancy Check) 411 of the exemplary individual photo end device 401, a clock generator module 412 of the exemplary individual photons end device 401, a crypto-accelerator 407 of the exemplary individual photon end devices 401, in particular one of the accelerator and/or an AES- accelerator 407, one or more timber modules 413 of the exemplary single photo device.
  • a CRC module Cyclic Redundancy Check
  • one or more safety monitoring and control circuits 414 (of the example single photon transmission device 401) of the example single photon transmission device 401, as well as, one or more data interfaces of the example single photon transmission device 401, in particular a Universal Asynchronous Receiver Transmitter (UART) 417.
  • UART Universal Asynchronous Receiver Transmitter
  • At least one data interface of the one or more data interfaces of exemplary single-photon transmission device 401 is a wired automotive data bus interface.
  • the wired automotive data bus interface can, for example, be a CAN data bus interface or a CAN FD data bus interface or a Flexray data bus interface or a PSI5 data bus interface or a DSI3 data bus interface or a LIN data bus interface or an Ethernet data bus interface or a LIN data bus interface or a MELIBUS data bus interface.
  • At least one data interface of the one or more data interfaces of the exemplary single photon transmission device 401 is a wireless data bus interface.
  • the wireless data bus interface can be a WLAN interface or a Bluetooth interface, for example.
  • At least one data interface of the one or more data interfaces of the exemplary single photon transmission device 401 is a wired data bus interface.
  • the wireless data bus interface of the example single photon transmission device 401 may, for example be a KNX data bus interface or an EIB data bus interface or a DALI data bus interface or a PROFIBUS data bus interface.
  • the exemplary single photon transmission device 401 preferably has one or more wireless data interfaces 426 for communication with other computer systems.
  • the example single photon transmission device 401 can communicate via a respective antenna 427 of a respective wireless interface 426 of the example single photon transmission device 401 .
  • the antenna 427 emits an electromagnetic data signal 428 which the single-photon transmission device 401 exchanges with a single-photon reception device 601 in a wired or wireless manner.
  • the car key 401 exchanges data with the single-photon reception device 601, preferably by means of a wireless data interface 426 and its antenna 427.
  • the single-photon transmission device 401 preferably has a control device 429 for the single-photon sources 436, 437, 438, 439, 440.
  • the microcontroller core 416 controls the control device 429 via the internal data bus 402.
  • the microcontroller core 416 can do this with configuration data of the control device 429 is transmitted to the control device 429 by means of the internal data bus 402 and status information of the control device 429 is read via the data bus 402 .
  • Such status information can, for example, be measurement data from the single-photon sources 436 to 440 or from device parts that are related to these.
  • a control line 430 connects the drive device 429 to an adjustable voltage regulator 442.
  • the drive device 429 uses the control line 430 to set the voltage between a supply voltage line 441 of the individual photon sources 436, 437, 438, 439, 440 and a reference potential.
  • the reference potential is typically an internal ground potential of an internal ground line of the single-photon transmission device 401.
  • the adjustable voltage regulator 442 uses the potential of the supply voltage line 443 to generate the potential of the supply voltage line 441 of the single-photon sources 436, 437, 438, 439,440 set by the control device 429 in relation to the internal reference potential of the single-photon transmission device 401
  • the single photon transmission device 401 includes one or more energy supplies 442 for the single photon sources 436 to 440 or n single photon sources.
  • the energy source for example a key battery, supplies the energy supply 442 of the individual photon sources 436 to 440 with electrical energy via a lighting supply voltage line 443.
  • the energy supply 442 regulates the operating voltage of the individual photon sources 436 to 440, preferably by means of a linear regulator in order to cause as little interference as possible. If necessary, the control device for the single photon sources 436, 437, 438, 439,440 controls the voltage between the
  • the energy supply 442 preferably includes a small energy reserve, for example a capacitor, for stabilization.
  • the supply voltage line 441 connects the respective loads within the single photon transmitter device 401 to one or more power supply or Vcc circuits 423 with voltage regulators that provide the operating voltages for the microcontroller system of the single photon transmitter device 401 and the polarization-modulated single photon transmitter of the single photon transmitter device 401.
  • the supply voltage line 441 can also include a number of lines which, for example, each connect a consumer of electrical energy, i.e. a sub-device of the single-photon transmission device 401, to a voltage regulator or a current source of the one or more power supply or Vcc circuits 423.
  • the adjustable adjustable voltage regulator 442 reduces the voltage between the potential of the supply voltage line 443 to such an extent that the potential of the supply voltage line 441 of the single photon sources 436, 437, 438, 439,440 is sufficient in relation to the internal reference potential of the single photon transmission device 401 that the single photon transmission device 401 just about all single photon sources 436 to 440 can operate.
  • the single photon sources 436 to 440 each comprise lighting means 464 and respective power sources 463 of the respective single photon source of the single photon sources 436 to 440.
  • the power source 463 sets the single photon rate of the respective associated lighting means 464 of its single photon source of the single photon sources 436 to 440 depending on signals from the control line of the control lines associated with it 431 to 435 for the associated current source 463 of the associated single photon source of the single photon sources 436 to 440.
  • the respective current sources 463 of the respective single photon sources 436 to 440 perform the actual adjustment of the photon density of the light emission from the single photon sources 436 to 440 .
  • the respective current sources 463 of the respective single photon sources 436 to 440 carry out this setting as a function of control data for the single photon sources 436 to 440 transmitted by the control device 429 using the respective control line of the control lines 431 to 435 .
  • the microcontroller core 416 preferably controls the control device 429 via the internal data bus 402.
  • the microcontroller core 416 preferably exchanges data with the control device 429 via the internal data bus 402.
  • a first control line 431 connects the control device 429 to the first power source 463 of the first single photon source 436.
  • the control device 429 controls the electric current through the first power source 463 of the first single photon source 436 via the first control line 431 for the first power source 463 of the first single photon source 436 the control device 429 controls the electric current through the first illuminant 464 of the first single-photon source 436 by means of the first control line 431.
  • the control device 429 controls the polarized first illuminant 464 of the first single-photon source 436.
  • the first illuminant 464 of the first single-photon source 436 either radiates directly polarized single photons or emits single photons of different polarizations, which then polarize the polarization filter or polarizing optical functional means in the subsequent beam path.
  • the first control line 431 preferably also reports status data and/or measured values and/or other status parameters in digital or analog form of the first single photon source 436 and its sub-devices via the control device 429 for the single photon sources 436, 437, 438, 439, 440 to the microcontroller core 416 .
  • the first control line 431 can include one or more digital or analog signal lines.
  • a second control line 432 connects the control device 429 to the second power source 463 of the second single photon source 437.
  • the control device 429 controls the electric current through the second power source 463 of the second single photon source 437 via the second control line 432 for the second power source 463 of the second single photon source 437 the control device 429 controls the electric current through the second illuminant 464 of the second single-photon source 437 by means of the second control line 432. In this way, the control device 429 controls the polarized second illuminant 464 of the second single-photon source 437.
  • the second illuminant 464 of the second single-photon source 437 either radiates directly polarized single photons or emits single photons of different polarizations, which then polarize the polarization filter or polarizing optical functional means in the subsequent beam path.
  • the second control line 432 preferably also reports status data and/or measured values and/or other status parameters in digital or analog form of the second single-photon source 437 and its sub-devices via the control device 429 for the single-photon sources 436, 437, 438, 439, 440 to the microcontroller core 416 .
  • the second control line 432 may include one or more digital or analog signal lines.
  • a third control line 433 connects the control device 429 to the third power source 463 of the third single photon source 438.
  • the control device 429 controls the electric current through the third power source 463 of the third single photon source 438 via the third control line 433 for the third power source 463 of the third single photon source 438 controls the Control device 429 the electric current through the third light source 464 of the third single photon source 438 by means of the third control line 433. In this way the control device 429 controls the polarized third light source 464 of the third single photon source
  • the third lighting means 464 of the third single-photon source 438 either emits directly polarized single photons or emits single photons of different polarizations, which then polarize the polarization filters or polarizing optical functional means in the subsequent beam path.
  • the third control line 433 preferably also reports status data and/or measured values and/or other status parameters in digital or analog form of the third single-photon source 438 and its sub-devices via the control device 429 for the single-photon sources 436, 437, 438, 439, 440 to the microcontroller core 416 .
  • the third control line 433 may include one or more digital or analog signal lines.
  • a fourth control line 434 connects the control device 429 to the fourth power source 463 of the fourth single-photon source 439.
  • the control device 429 controls the electric current through the fourth power source 463 of the fourth single-photon source 439 via the fourth control line 434 for the fourth power source 463 of the fourth single-photon source 439 the control device 429 controls the electric current through the fourth illuminant 464 of the fourth single-photon source 439 by means of the fourth control line 434. In this way, the control device 429 controls the polarized fourth illuminant 464 of the fourth single-photon source
  • the fourth illuminant 464 of the fourth single-photon source 439 either emits directly polarized single photons or emits single photons of different polarizations, which then polarize the polarization filters or polarizing optical functional means in the subsequent beam path.
  • the fourth control line 434 preferably also reports status data and/or measured values and/or other status parameters in digital or analog form of the fourth single-photon source 439 and its sub-devices via the control device 429 for the single-photon sources 436, 437, 438, 439, 440 to the microcontroller core 416 .
  • the fourth control line 435 may include one or more digital or analog signal lines.
  • the single photon transmission device 401 has five single photon sources 436 to 440.
  • the single photon transmission device comprises only 4 single photon sources 436 to 439.
  • the example in Figure 4 is only intended to clarify that the single photon transmission device 401 has more than four single photon sources 436 can include up to 440.
  • the single photon transmission device 401 preferably comprises n single photon sources 436 to 440 which feed single photons into the QKD coupled beam 452 as a function of the control by the driving device 429 .
  • each of these n single-photon sources feeds the ones it emits Single photons with a different polarization direction enter the QKD coupling beam 452 .
  • the single photon sources of the single photon transmitting device 401 can be numbered from 1 to n with a single photon source number k.
  • the polarization direction of the single photons of a single photon source with the single photon source number k is preferably rotated by 360°*(kl)/(2*n) relative to the polarization direction of the single photons of a single photon source with the single photon source number 1.
  • the single-photon transmission device 401 therefore also includes a fifth control line 435.
  • the fifth control line 435 connects the control device 429 to the fifth power source 463 of the fifth single-photon source 440.
  • the control device 429 controls the electric current through the fifth power source 463 of the fifth single-photon source 440.
  • the control device 429 thus controls the electric current through the fifth illuminant 464 of the fifth single-photon source 440 by means of the fifth control line 435. In this way, the control device 429 controls the polarized fifth illuminant 464 of the fifth single-photon source 440.
  • the fifth illuminant 464 of the fifth single-photon source 440 either emits directly polarized single photons or emits single photons of different polarizations, which then polarize the polarization filters or polarizing optical functional means in the subsequent beam path.
  • the fifth control line 435 preferably also reports status data and/or measured values and/or other status parameters in digital or analog form of the fifth single-photon source 440 and its sub-devices via the control device 429 for the single-photon sources 436, 437, 438, 439, 440 to the microcontroller core 416 back.
  • the fifth control line 435 can include one or more digital or analog signal lines.
  • the single-photon transmission device 401 can have n single-photon sources with n being a positive integer greater than 1. This general case is not shown in Figures 4 and 5. However, a technically competent person will be able to easily rework this case based on the examples presented here. In such a case, the single-photon transmission device 401 therefore also includes an nth control line.
  • the nth control line connects the drive device 429 to the nth current source 463 of the nth single photon source.
  • the control device 429 controls the electric current through the nth via the nth control line for the nth current source 463 of the nth single photon source Current source 463 of the nth single photon source.
  • the control device 429 thus controls the electric current through the nth luminous means 464 of the nth single photon source by means of the nth control line. In this way, the control device 429 controls the polarized nth luminous means 464 of the nth single photon source.
  • the nth illuminant 464 of the nth single photon source either emits directly polarized single photons or emits single photons of different polarizations, which then polarize the polarization filters or polarizing optical functional means in the subsequent beam path.
  • the nth control line 435 preferably also reports status data and/or measured values and/or other status parameters in digital or analog form of the nth single-photon source and its sub-devices to the microcontroller core 416 via the control device 429 for the single-photon sources.
  • the nth control line can include one or more digital or analog signal lines.
  • an nth control line connects the drive device 429 to the nth current source 463 of the nth single-photon source.
  • the control device 429 controls the electric current through the nth current source 463 of the nth single photon source via the nth control line for the nth current source 463 of the nth single photon source.
  • the control device 429 thus controls the electric current through the nth luminous means 464 of the nth single photon source by means of the nth control line. In this way, the control device 429 controls the polarized nth luminous means 464 of the nth single photon source.
  • the nth illuminant 464 of the nth single photon source either emits directly polarized single photons or emits single photons of different polarizations, which then polarize the polarization filters or polarizing optical functional means in the subsequent beam path.
  • the nth control line can include one or more digital or analog signal lines.
  • the first single-photon source 436 typically includes a polarized first illuminant 464 and a first current source 463. For a better overview, these device parts are shown hidden in FIGS. They correspond to the representation for the fifth single-photon source 440.
  • the first power source 463 energizes the first illuminant 464 of the first single-photon source 436 so briefly and with such low energy that the first illuminant 464 of the first single-photon source 436 is essentially only individual, spatially and temporally separate emits photons.
  • This energizing of the first illuminant 464 of the first single photon source 436 by the first current source 463 of the first single photon source 436 is preferably shorter than Ins, better shorter than 500ps, better than 200ps, better than lOOps, better than 50ps, better than 20ps, better than lOps, better than 5ps, better than 2ps, better than lps.
  • This energizing of the first illuminant 464 of the first single photon source 436 by the first current source 463 of the first single photon source 436 is very particularly preferably shorter than lOps.
  • the second single-photon source 437 typically includes a polarized second illuminant 464 and a second current source 463. For a better overview, these device parts are shown covered in FIGS. They correspond to the representation for the fifth single-photon source 440.
  • the second power source 463 energizes the second illuminant 464 of the second single-photon source 437 so briefly and with such low energy that the second illuminant 464 of the second single-photon source 437 is essentially only individual, spatially and temporally separate emits photons.
  • This energizing of the second illuminant 464 of the second single photon source 437 by the second current source 463 of the second single photon source 437 is preferably shorter than Ins, better shorter than 500 ps, better shorter than 200 ps, better shorter than 100 ps, better shorter than 50 ps, better shorter than 20 ps, better shorter than lOps, better shorter than 5ps, better shorter than 2ps, better shorter than lps.
  • This energizing of the second illuminant 464 of the second single-photon source 437 by the second current source 463 of the second single-photon source 437 is very particularly preferably shorter than lOps.
  • the third single-photon source 438 typically includes a polarized third illuminant 464 and a third current source 463. For a better overview, these parts of the device are hidden in FIGS. They correspond to the representation for the fifth single-photon source 440.
  • the third power source 463 energizes the third illuminant 464 of the third single-photon source 438 so briefly and with such low energy that the third illuminant 464 of the third single-photon source 438 is essentially only individual, spatially and temporally separate emits photons.
  • This energizing of the third illuminant 464 of the third single photon source 438 by the third current source 463 of the third single photon source 438 is preferably shorter than Ins, better shorter than 500ps, better shorter than 200ps, better shorter than 100ps, better shorter than 50ps, better shorter than 20ps, better shorter than lOps, better shorter than 5ps, better shorter than 2ps, better shorter than lps.
  • This energizing of the third illuminant 464 of the third single photon source 438 by the third current source 463 of the third single photon source 438 is very particularly preferably shorter than lOps.
  • the fourth single-photon source 439 typically includes a polarized fourth illuminant 464 and a fourth current source 463. For a better overview, these parts of the device are hidden in FIGS. They correspond to the representation for the fifth single photon source 440.
  • the fourth power source 463 energizes the fourth illuminant 464 of the fourth single-photon source 439 so briefly and with such low energy that the fourth illuminant 464 of the fourth single-photon source 439 essentially only emits single, spatially and temporally separate photons.
  • This energizing of the fourth illuminant 464 of the fourth single-photon source 439 by the fourth current source 463 of the fourth single-photon source 439 is preferably shorter than Ins, preferably shorter than 500 ps, better shorter than 200 ps, better shorter than 100 ps, better shorter than 50 ps, better shorter than 20 ps, better shorter than lOps, better shorter than 5ps, better shorter than 2ps, better shorter than lps.
  • This energizing of the fourth illuminant 464 of the fourth single-photon source 439 by the fourth current source 463 of the fourth single-photon source 439 is very particularly preferably shorter than lOps.
  • the fifth single photon source 440 additionally shown as an example in the example in the figure typically comprises a polarized fifth illuminant 464 and a fifth power source 463.
  • the fifth power source 463 energizes the fifth illuminant 464 of the fifth single photon source 440 so briefly and with such little energy that the fifth illuminant 464 of the fifth single-photon source 440 essentially only emits single, spatially and temporally separated photons.
  • This energization of the fifth illuminant 464 of the fifth single photon source 440 by the fifth current source 463 of the fifth single photon source 440 is preferably shorter than Ins, better shorter than 500ps, better shorter than 200ps, better shorter than 100ps, better shorter than 50ps, better shorter than 20ps, better shorter than lOps, better shorter than 5ps, better shorter than 2ps, better shorter than lps.
  • This energizing of the fifth illuminant 464 of the fifth single-photon source 440 by the fifth current source 463 of the fifth single-photon source 440 is very particularly preferably shorter than lOps.
  • the nth single photon source typically comprises a polarized nth light source 464 and an nth current source 463.
  • the nth current source 463 energizes the nth light source 464 of the n-th single-photon source is preferably so short and with such low energy that the n-th illuminant 464 of the n-th single-photon source essentially only emits single, spatially and temporally separate single-photons.
  • This energizing of the nth illuminant 464 of the nth single photon source by the nth current source 463 of the nth single photon source is preferably shorter than Ins, better shorter than 500 ps, better shorter than 200 ps, better shorter than 100 ps, better shorter than 50 ps , better than 20ps, better than lOps, better than 5ps, better than 2ps, better than lps.
  • This energizing of the nth illuminant 464 of the nth single photon source by the nth current source 463 of the nth single photon source is very particularly preferably shorter than lOps. In the example of FIGS.
  • an optical sub-device of the single-photon transmission device 401 combines the respective single-photon streams of the single-photon sources 336 to 440 to form a QKD coupling beam 452 of polarization-modulated single photons.
  • this optical sub-device is a conical mirror 1408.
  • the single photon sources 436 to 440 emit polarized single photons with a respective polarization direction specific to the single photon source.
  • the single photon sources 436 to 440 emit the single photons with a direction vector of a respective emission axis, which lie essentially in a common emission plane.
  • This common emission plane is preferably arranged essentially perpendicularly to the system axis of the single-photon transmission device 401 .
  • the directions of polarization of the single photon sources preferably lie in the common emission plane.
  • the emission axes of the n single-photon sources lie in the emission plane and preferably intersect at a point in the common emission plane.
  • the emission axis of a k-th single-photon source is rotated by (k ⁇ 1)/(2*n)*360° in relation to the first single-photon source 436 .
  • the system axis of the single-photon emitting device 401 is essentially the same as the optical axis of the QKD coupled beam 452.
  • a first pinhole 444 and a second pinhole 445 form a spatial filter 1302, which prevents the positioning of the single-photon sources 436 to 440 from outside and can be used for an attack.
  • the cone axis of the conical mirror 1408 penetrates the common emission plane, preferably essentially at the intersection of the emission axes of the single photon sources in the common emission plane.
  • the conical mirror 1408 reflects the individual photons from the different emission axes of the different individual photon sources in the direction of a common system axis, which essentially corresponds to the optical axis of the QKD coupling beam 452 .
  • An optional first lens 446 and an optional second lens 447 improve the optical alignment of the QKD coupling beam 452.
  • the first lens 446 and the second lens 447 together form a telescope that focuses the beam of single photons first to the beam of the QKD coupling beam 452 .
  • the single photon transmission device 401 preferably has a first beam splitter 448 in the transmission path of the single photon transmission device 401 and a photodetector 451.
  • the first beam splitter 448 of the transmission path is used to branch off some Photons to measure photon rate.
  • An actuator which the microcontroller core 416 removes by means of an actuator control via the internal Data bus 402 drives the beam splitter or mirror 448 out of the transmitter beam path when calibration of the photon rates of the single photon sources 436-440 is complete.
  • the microcontroller core 416 uses the photodetector 451 to determine the photon density in the beam path 449 of the single-photon transmission device 401 .
  • a potential problem is that the transmitted polarization of the single photons must not be linked to the temporal density of the single photons, i.e. the number of single photons per second.
  • the microcontroller core 416 therefore inserts the mirror 448 into the beam path 446 of the single-photon transmission device 401, for example by means of an actuator which it controls via the internal data bus 402.
  • the microcontroller core 416 then uses the photodetector 451 to detect the single photon density in the beam path 449 of the single photon transmission device 401.
  • the microcontroller core 416 always operates a single photon source of the single photon sources 436 to 440 of the single photon transmission device 401 and detects a single photon density associated with this single photon source.
  • a received signal 453 of the photodetector 451 connects the photodetector 451 to an evaluation circuit 454 of the photodetector 451.
  • the evaluation circuit 454 is preferably coupled to the microcontroller core 416 via the internal data bus 402.
  • the evaluation circuit 454 of the photodetector 451 detects the values of the received signal 453 of the photodetector 451, which depend on the individual photons in the beam path of the single-photon receiving device 401 from the first beam splitter or mirror 448 to the photodetector 451, converts these preferably into digitized values, for example with the aid of an analog to digital converter ADC and transmits the measured values recorded in this way relating to the individual photons in the beam path of the individual photon receiving device 401 from the first beam splitter or mirror 448 to the photodetector 451 to the microcontroller core 416 via the internal data bus 402.
  • the microcontroller core 416 then controls the current sources 463 of the respective individual photon sources 436 to 440 so that the single photon density of a single photon source of the single photon sources 436 to 440 of the single photon transmission device 401 detected by the photodetector 451 by means of the value of the received signal 453 of the photodetector 451 is firstly within a provided single photon density range value interval and secondly does not differ by more than 10%, better 5%, better 2%, better 1%, better 0.5%, better 0.2%, better 0.1%, better 0.05%, better 0.02%, better 0.01% from the single photon densities of all other single photon sources of the single photon sources 436 to 440 of the single photon transmission device 401 differs.
  • the microcontroller core 416 preferably removes the mirror 446 again from the beam path 449 of the single photon transmitting device 401, which then the single photons in the beam path 449 of the single photon transmitting device 401 as Q.KD- Coupling beam 452 to a receiver, for example a single photon receiving device 601, radiates.
  • the single photon transmission device 401 is a mobile device.
  • the single photon transmission device 401 can be 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 a flight or a ship's hull, or a missile, or an access key to a secured area, or a safe, or a safe, or an activation key for a secured mechanical device, or an activation key for a protected procedure that, for example, a secured device (e.g. 601) is to execute, or act as an activation key for a protected device (e.g. 601) which is to execute, for example, a secure method, or the like.
  • a secured device e.g. 601
  • act as an activation key for a protected device e.g. 601 which is to execute, for example, a secure method, or the like.
  • the writing presented here takes a car key as a single-photon transmitter 401 and an exemplary car 802 as a device to be controlled with a single-photon receiving device 601.
  • the input terminal 466 of the single photon transmission device 401 can preferably include one or more buttons 467 or switches 467 or other mechanical input devices for manual inputs, for example in the case of a car key.
  • the input terminal 466 of the single-photon transmission device 401 can also preferably include one or more biometric sensors 468, for example in the case of a car key.
  • the biometric sensors 468 may be, for example, one or more fingerprint sensors, and/or one or more cameras, and/or one or more microphones, and/or one or more speech analysis devices, and/or one or more speaker recognition devices, and/or one or more face recognition devices and/or one or more retina scanners or the like.
  • the input terminal 466 of the single photon transmission device 401 for example in the case of a car key, preferably one or more actuators 470 for feedback from the Act single photon transmission device 401 to the user.
  • An actuator 470 within the meaning of the document presented here can be, for example, a mechanical vibration transmitter or a loudspeaker or a beeper or another sound converter or a heater or the like.
  • the actuator 470 is typically used to transmit a mechanical signal to the user. But it can also serve their mechanical purposes.
  • the input terminal 466 of the single-photon transmission device 401 can preferably include one or more optical signaling means 469, for example in the form of an optical output element for signaling to a user.
  • the visual signaling means 469 may comprise one or more screens and/or one or more illuminants and/or one or more means that change their absorption properties, such as LCD displays or e-lnk displays.
  • the single photon transmission device 401 preferably comprises one or more means 1409 for identifying a person using the single photon transmission device 401 .
  • SIM Subscriber Identification Module
  • One of the wireless data interfaces of the single-photon transmission device 401 can thus be, for example, a mobile radio data interface in a mobile radio network or a WLAN network or the like. It can therefore also be useful, among other things, if the single-photon transmission device 401 sets up an authentication data channel to the server of a service provider, for example an automobile manufacturer, via this interface.
  • FIG. 5 largely corresponds to FIG. 4.
  • the single-photon transmission device 471 has alignment aids (456, 457, 460, 455, 459, 461) for aligning the single-photon transmission device 471 with respect to the single-photon reception device 601 (see FIG. 6).
  • the single photon transmission device 471 typically includes a power supply 456 for a laser pointer laser diode 459.
  • the laser pointer laser diode 459 typically emits a laser pointer beam 462 when energized Single photon transmission device 471, for example a car key, use a single photon reception device 601.
  • the laser pointer beam 462 preferably has a wavelength which is different from the wavelength of the individual photons in the QKD coupled beam 452 .
  • the single photon detectors 436 to 440 of the single photon receiving device 601 are preferably not sensitive to the wavelength of the radiation of the laser pointer beam 462 . are preferred the single photon detectors 436 to 440 of the single photon receiving device 601 are protected by screens, housing and/or filters.
  • the single photon transmission device 471 includes a controller 457 for the current source 460 of the laser pointer diode 459, which controls the level of electrical current through the laser pointer diode.
  • the microcontroller core 416 of the single-photon transmission device 401 controls the control device 457, for example via the internal data bus 402.
  • the laser pointer diode 459 preferably emits visible light that is typically recognizable to a human user.
  • the current source 460 of the laser pointer diode 459 sets the operating current through the laser pinter diode 459 depending on the signals from the control device 457 for the current source 460 of the laser pinter diode 459 .
  • a projection optics 461 of the laser pinter device improves the beam quality of the laser pointer beam 462 for aligning the car key.
  • Figure 6 shows a schematically simplified example of a single photon receiving device 601 using the example of a car 802.
  • the core of the single photon receiving device 601 is a microcontroller core 616.
  • Essential parts of the single photon receiving device 601 are preferably microintegrated on a semiconductor substrate. These parts are preferably manufactured using CMOS, BiCMOS or bipolar technology.
  • the single photon receiving device 601 preferably includes one or more internal data buses 602, via which the microcontroller core 616 of the single photon receiving device 601 preferably handles the internal data communication.
  • the single photon receiving device 601 preferably comprises one or more read/write memories RAM 603 for storing, providing and using data and program commands by the microcontroller core 616 of the single photon receiving device 601.
  • the single photon receiving device 601 preferably has one or more writable non-volatile memories 604 on.
  • non-volatile memories may include EEPROM memory 604 or flash memory 604 or OTP memory 604, for example.
  • the single photon receiving device 601 preferably has one or more non-volatile read-only memories 605, such as a ROM 605, for example.
  • These preferably contain program code and program data for the microcontroller core 616, which typically processes this program code.
  • Program code and program data may also be stored in the one or more writable non-volatile memories 604 .
  • the exemplary single-photon receiving device 601 preferably includes one or more non-volatile, writable and/or non-writable manufacturer memories 606.
  • manufacturer memory 606 may be manufacturer ROM, for example.
  • the single photon receiving device 601 preferably includes one or more cryptography accelerators 607, for example a DES accelerator and/or an AES accelerator 607, in order to accelerate the processing of the cryptography algorithms by the microcontroller core 616 of the single photon receiving device 601.
  • the single-photon receiving device 601 preferably also includes one or more manufacturer memory firewalls 608, which prevent unauthorized access to the manufacturer memory 406 and only allow it after appropriate authentication, for example using a password.
  • the manufacturer memory fire walls preferably block access irrevocably if more than a permitted number of unsuccessful attempts to access the manufacturer memory 606 of the single-photon receiving device 601 have been made.
  • Another device for increasing the efficiency can be one or more CRC (Cyclic Redundancy Check) modules 611 of the single-photon receiving device 601 . These calculate a CRC check data word for a specified amount of data, as is used in many data communication protocols, for example.
  • the exemplary single photon transmission device 601 typically has one or more clock generator modules (Clock Driver, CLK) 612 which provide the system clocks for operating the device parts of the single photon reception device 601 .
  • CLK clock generator modules
  • the exemplary single photon receiving device 601 preferably includes one or more timer modules 613 that control timing within the single photon receiving device 601 .
  • the single photon receiving device 601 preferably comprises one or more security monitoring circuits and security control circuits 614, which monitor the integrity of the single photon receiving device 601 and, if necessary, initiate countermeasures in the event of an attack.
  • the single photon receiving device 601 preferably comprises at least one preferably quantum process-based generator for true random numbers (Quantum Random Number Generator: QRNG) 615.
  • QRNG Quantum Random Number Generator
  • Such a generator has the advantage that the entropy of its random number is particularly well suited for encryption.
  • the single photon receiving device 601 includes one or more 8/16/32/64-bit microcontroller cores 616 that execute the programs in the memory of the example single photon transmitting device 601 .
  • the single photon receiving device 601 preferably comprises one or more optional data interfaces 617, in particular one or more universal asynchronous receiver transmitters (UART) for supporting high-speed serial data, for data communication with other computer systems.
  • One or more base clock generators 621 (CLK) are preferably part of the single photon receiving device 601.
  • CLK base clock generators
  • the single photon receiving device 601 preferably includes one or more reset circuits 622.
  • One or more power supply or Vcc circuits 623 with voltage regulators that supply the operating voltages for the microcontroller system of the single photon receiving device 601 and provide other sub-devices of the single photon receiving device 601 .
  • the one or more power supply or Vcc circuits 623 also include at least one energy reserve, such as a battery or accumulator.
  • the one or more power supply or Vcc circuits 623 also include a charging circuit and a first charging coil, which is typically not a device part of the single photon receiving device 601, for inductively coupling to a second charging coil, which is preferably part of a device external to the single photon receiving device 601 and /or is separate from the single photon receiving device 601.
  • the external charging device transmits energy by means of an inductive coupling from an energy system, for example a battery or an alternator or the like, or from an energy system of the external charging device, for example an energy store or a generator or a solar cell or a power grid or the like, by means of the charging circuit of the one or more power supply or Vcc circuits 623 of the single photon receiving device 601 on the power reserve of the one or more power supply or Vcc circuits 623 of the exemplary single photon transmitting device 401 and/or the single photon receiving device 601.
  • the single photon receiving device 601 typically has one or more ground circuits 624 that connect the device protect against polarity reversal and attacks via the ground line.
  • the single photon receiving device 601 also typically includes one or more input/output circuits 625 that allow the single photon receiving device 601 to drive, read, or otherwise communicate with other devices.
  • FIG. 6 shows an example and a schematic block diagram of an example system for using the single photon receiving device 601, for example in automobile locking systems in cars.
  • Figure. 6 shows a diagram of an example of an exemplary single photon receiving device 601.
  • the exemplary single photon receiving device 601 includes, for example, memory elements that are connected to an internal data bus 602 of the exemplary single photon receiving device 601.
  • FIG. The memory elements of the exemplary single photon receiving device 601 may include, for example, one or more random access memories RAM 603, one or more writable non-volatile memories such as EEPROM memory 604 or flash memory 604 or OTP memory 604.
  • the example single-photon receiving device 601 preferably includes one or more non-volatile, read-only memories 605, such as ROM.
  • the example single photon receiving device 601 preferably includes one or more non-volatile, writable and/or non-writable manufacturer memory 606.
  • the manufacturer memory 606 may be manufacturer ROM.
  • the manufacturer ROM 606 comprises the boot software for the microcontroller core 416 of the example single photon receiving device 601.
  • Single photon receiving device 601 includes, for example, one or more cryptographic
  • Accelerator 607 for example a DES accelerator and/or an AES accelerator 607, which is preferably via the internal data bus 602 of the exemplary
  • Single photon receiving device 601 are connected. For example, one or more
  • Single photon receiving device 601 may be provided.
  • Single photon receiving device 601 preferably comprises, for example, processing modules of the single photon receiving device 601, which communicate with the microcontroller core 616 of the single photon receiving device 601 via the internal data bus 602 of the single photon receiving device 601.
  • the processing modules of the single photon receiving device 601 preferably comprise at least one of the following modules: a CRC (Cyclic Redundancy Check) module 611, a clock generator module 612, one or more timer modules 613, a safety monitoring and control circuit 614, one or more preferably quantum process-based generators for true random numbers (Quantum Random Number Generator: QRNG) 615, one or more 8/16/32/15-bit microcontroller cores 616 and one or more data interfaces 617, in particular one or more Universal Asynchronous Receiver Transmitters (UART) for support high-speed serial data.
  • CRC Cyclic Redundancy Check
  • QRNG Quantum Random Number Generator
  • UART Universal Asynchronous Receiver Transmitters
  • the other circuit parts of the exemplary single-photon receiving device 601 include, for example, one or more basic clock generators 620 (CLK) and/or one or more clock generator modules 612, a reset circuit 622, a power supply or Vcc circuit 623 with voltage regulators that provide the operating voltage, a ground circuitry 624 and an input/output circuitry 625.
  • CLK basic clock generators 620
  • Vcc circuit 623 with voltage regulators that provide the operating voltage
  • ground circuitry 624 e.g. B.
  • the example single photon receiving device 601 may store other application data.
  • the example single photon receiving device 601 includes, for example, a microcontroller core 616 configured to facilitate secure authentication of a product.
  • the internal data bus 602 of the example single photon receiving device 601 can include multiple data buses 602 for multiple microcontroller cores 616 of the example single photon receiving device 601, so that these multiple microcontroller cores 616 can access different sub-devices of the example single photon receiving device 601 independently of one another at the same time.
  • the example single photon receiving device 601 includes only an internal data bus 602 and only one microcontroller core 616.
  • the microcontroller core 616 of the example single photon receiving device 601 is preferably an ARM processor or the like. It is preferably an 8-bit or a 16-bit or a 32-bit or a 64-bit microcontroller core 616.
  • the exemplary single-photon receiving device 601 preferably comprises one or more read/write memories RAM 603. These can be, for example, SRAMs and/or MRAMs and/or FRAMS or the like.
  • the one or more read/write memories RAM 603 of the example single-photon receiving device 601 can also be wholly or partly dynamic read/write memories such as DRAMs, which the microcontroller core 616 or a refresh device of the example single-photon receiving device 601 at regular time intervals in read and rewrite in a refresh cycle.
  • DRAM typically opens up opportunities for attack and is typically a potential vulnerability.
  • the microcontroller core 616 of the access the exemplary single photon receiving device 601 by means of the internal data bus 602 of the exemplary single photon receiving device 601 .
  • the exemplary single photon receiving device 601 preferably comprises one or more writable and non-volatile memories 604.
  • the microcontroller core 616 of the exemplary single photon receiving device 601 can preferably access this writable and non-volatile memory 604 of the exemplary single photon receiving device 601 by means of the internal data bus 602 of the exemplary single photon receiving device 601.
  • This non-volatile memory 604 of the exemplary single-photon receiving device 601 may include EEPROM memory 604 or flash memory 604 or OTP memory 604, for example.
  • OTP stands for English One Time Programmable, which means that it can only be programmed once.
  • the example single photon receiving device 601 preferably includes one or more safety monitoring circuits and safety control circuits 614 of the example single photon receiving device 601 that monitor the data integrity of the memory cells of the erasable memories 604 of the example single photon receiving device 601 .
  • the memory cells of the erasable memory 604 of the exemplary single-photon receiving device 601 preferably have redundancy such that at least two check bits are provided for a data word, which is preferably a data word with a length of 8 bits, i.e.
  • the first check bit can be a parity bit of the byte and the second check bit can be the inverse bit of the parity bit relative to the first check bit. If an attack with ionizing radiation or the like then occurs, the attack resets both test bits to the same value. This is an illegal condition that the example single photon receiving device 601 can detect.
  • the one or more safety monitoring circuits and safety control circuits 614 of the exemplary single-photon receiving device 601 detect such a deviation and, if necessary, block the exemplary single-photon receiving device 601 from further access at least for a preferably predetermined period of time.
  • Each bit of the memory of the exemplary single-photon receiving device 601 is preferably designed twice, so that each logical data bit is preferably implemented as a pair of a first physical data bit with a first internal logical value and a second physical data bit with a second internal logical value.
  • the second is internal logical value the logical inverse of the first internal logical value.
  • the one or more safety monitoring circuits and safety control circuits 614 of the exemplary single-photon receiving device 601 again preferably monitor that this is always the case.
  • the one or more safety monitoring circuits and safety control circuits 614 of the exemplary single-photon receiving device 601 again detect deviations and, for example, preferably block the further execution of programs or specific ones Program parts and/or access to data, for example for the microcontroller core 616 in the event of deviations.
  • the exemplary single photon receiving device 601 preferably comprises one or more reset circuits 622 of the exemplary single photon receiving device 601.
  • the reset circuits 622 of the exemplary single photon receiving device 601 each set the exemplary single photon receiving device 601 and/or sub-devices of the exemplary single photon receiving device 601 to predefined states when predetermined or determinable reset conditions and/or combinations and/or temporal sequences of such reset conditions exist.
  • these conditions may be signaling from the one or more safety monitoring circuits and safety control circuits 614 of the example single photon transmitting device 601 to one or more reset circuits 622 of the example single photon receiving device 601, for example.
  • These conditions can also be changes and/or values of electrical node potentials compared to the potential of a reference node or a reference potential line, that is, for example, one or more operating voltages of the exemplary single-photon receiving device 601.
  • a watchdog timer may be part of a reset circuit 622 of the example single photon receiving device 601 .
  • such conditions may affect the integrity of the housing of the example single photon receiving device 601 .
  • the housing of the exemplary single photon receiving device 601 preferably includes a detector for opening or damaging the housing of the exemplary single photon receiving device 601.
  • this can be a single line that, for example as a textile network, surrounds or covers the exemplary single photon receiving device 601 or at least parts of the exemplary Single photon receiving device 601 covers. It may also be a network of lines covering the example single photon receiving device 601 solely for detecting an attack.
  • the exemplary single-photon receiving device 601 can feed an electric current into one or more such lines by means of a first input/output line and feed this back to a or take several second input/output lines.
  • this is an indication of an attack which one or more of the one or more security monitoring circuits and security control circuits 614 of the example single photon receiving device 601 can detect and which then, for example, the microcontroller core 616 of the example single photon receiving device 601 signal this attack.
  • one or more of the one or more safety monitoring circuits and safety control circuits 614 of the example single-photon receiving device 601 can block and/or read access to memory contents of the memory of the example single-photon receiving device 601.
  • the memories of the example single-photon receiving device 601 preferably include one or more non-volatile, read-only memories 605, such as ROM.
  • the ROM of the exemplary single-photon transmission device 601 preferably contains data and/or program instructions specified by the design.
  • the exemplary single-photon receiving device 601 preferably has one or more non-volatile, writable and/or non-writable manufacturer memories 606, in which the semiconductor manufacturer or another supplier can store their production and security data, such as serial numbers, etc.
  • the semiconductor manufacturer preferably blocks access to this writable and/or non-writable non-volatile manufacturer memory 606 of the exemplary single-photon receiving device 601. Access to the writable and/or non-writable manufacturer memory 406 of the exemplary single-photon receiving device 601 is preferred using one or more manufacturer passwords. In some cases, a double key procedure makes sense. In this case, a customer following the semiconductor manufacturer stores a customer password in a customer lock register of the exemplary single-photon receiving device 601 that can also be locked for access with a password. The semiconductor manufacturer can preferably access all memory areas of the example single-photon receiving device 601 using only the customer password and the semiconductor password.
  • the semiconductor manufacturer provides an analysis password with which to activate one or more of the one or more security monitoring circuits and security control circuits 614 of the example single-photon receiving device 601 typically using the reset circuit 622 of the example single photon receiving device 601 to delete the customer content in the memories of the example single photon receiving device 601 and then to make all memory areas of the example single photon receiving device 601 accessible for the analysis of errors.
  • the manufacturer memory 606 of the exemplary single photon receiving device 601 can be, for example, a manufacturer ROM, the content of which is defined, for example, during the manufacture of the semiconductor circuit of the exemplary single photon receiving device 601.
  • the exemplary single photon receiving device 601 is typically intended to receive encrypted data and/or program code parts and/or commands using cryptographic methods that are stored in the memories of the exemplary single photon receiving device 601 and which one or more of the microcontroller cores 616 of the exemplary single photon receiving device 601 execute and /or to send such.
  • the encryption is preferably a QKD encryption in each case. Some of these methods require considerable computing power.
  • the microcontroller core 616 of the example single-photon receiving device 601 execute certain program parts of these cryptographic methods in the form of partial steps of these cryptographic methods, but rather that one or more special hardware accelerators of the example single-photon receiving device 601 preferably in the form of one or more cryptography accelerators 607 of the exemplary single photon receiving device 601 execute these program parts.
  • the exemplary single-photon receiving device 601 preferably has, for example, a DES accelerator 607 for the DES algorithm and/or an AES accelerator 607 for executing the AES algorithm.
  • the microcontroller core 616 of the example single photon receiving device 601 typically addresses these hardware accelerators of the example single photon receiving device 601 via the internal data bus 602 of the example single photon receiving device 601 .
  • the microcontroller core 616 of the exemplary single-photon receiving device 601 preferably has a redundant clock system of the exemplary single-photon receiving device 601 in order to be able to recognize access to the clock system of the exemplary single-photon receiving device 601 .
  • One or more of the one or more security monitoring circuitry and security control circuitry 614 of the example single photon receiving device 601 monitors the consistency of the logical contents of this preferred plurality of redundant clock systems of the example single photon receiving device 601 and thus can attacks and recognize mistakes.
  • Single photon receiving device 601 preferably prevents one or more manufacturer memory firewalls 608 of the example single photon receiving device 601. These manufacturer firewalls 608 of the example single photon receiving device 601 can preferably be unlocked by a manufacturer password, as described. The number of incorrect entries is preferably very limited in order to minimize the probability of a successful attack.
  • the exemplary single-photon receiving device 601 preferably comprises one or more CRC modules (Cyclic Redundancy Check) 611 of the exemplary single-photon receiving device 601, so that the exemplary single-photon receiving device 601 for serial data communication can use the CRC data that is used in most data protocols to detect faulty data transmissions, for can generate one efficiently in the case of a transmission process and, on the other hand, can quickly check the correct receipt of the data message when it is received.
  • the exemplary single photon receiving device 601 preferably comprises one or more clock generator modules (English Clock Driver, CLK) 612 of the exemplary single photon receiving device 601, which generate one or more clock signals of the exemplary single photon receiving device 601 for operating the circuits of the exemplary single photon receiving device 601.
  • the one or more clock generator modules (Clock Driver, CLK) 612 of the exemplary single-photon receiving device 601 generate redundant clock signals that indicate an attack on the clock system of the exemplary single-photon receiving device 601 .
  • the example single-photon receiving device 601 includes one or more timer modules 613 of the example single-photon receiving device 601, such as the microcontroller core 616 needs for the detection of time-outs, for example.
  • the exemplary single-photon receiving device 601 preferably includes one or more watchdog timers of the exemplary single-photon receiving device 601 that monitor the processing of the various program parts by the one or more microcontroller cores 616 of the exemplary single-photon receiving device 601 .
  • the exemplary single-photon receiving device 601 comprises at least one, preferably quantum-process-based, generator for true random numbers (Quantum Random Number Generator: Q.RNG) 615.
  • Quantum-based processes have the advantage that they are based on real chance. In the 1970s, the physicist Bell proved that the theory of "hidden parameters" was wrong.
  • Single photon receiving device 601 may be, for example, an 8-bit microcontroller core, or a 16-bit microcontroller core, or a 32-bit microcontroller core, or a 64-bit microcontroller core, or a 128-bit microcontroller core, etc.
  • the example single-photon receiving device 601 may be one or more 8/16/32/15-bit microcontroller cores 616, which can preferably access the others of the exemplary single-photon receiving device 601 via one or more internal data buses 602 of the exemplary single-photon receiving device 601.
  • the exemplary single-photon receiving device 601 preferably comprises one or more data interfaces 617 of the exemplary Single photon receiving device 601. Such data interfaces 617 can be, for example, one or more Universal Asynchronous Receiver Transmitters (UART) for supporting high-speed serial data.
  • the exemplary single photon receiving device 601 preferably has one or more base clock generators 621 (CLK) of the exemplary single photon receiving device 601, which preferably each provide a base clock to one or more clock generator modules (English Clock Driver, CLK) 612 of the exemplary single photon receiving device 601.
  • the basic clock generators 621 (CLK) of the exemplary single-photon receiving device 601 are preferably oscillators.
  • the example single photon receiving device 601 also includes one or more power supply or Vcc circuits 623 of the example single photon receiving device 601 with voltage regulators that provide the operating voltages for the example single photon transmitting device 401 .
  • the exemplary single-photon transmission device 401 also includes one or more ground circuits 424 of the exemplary single-photon receiving device 601, which include, for example, reverse polarity protection and protection circuits against manipulation of the electrical potential of the semiconductor substrate of the semiconductor crystal of the microintegrated parts of the exemplary single-photon receiving device 601. For example, it is useful if one or more of the one or more ground circuits 624 of the exemplary single-photon receiving device 601 have reverse polarity protection.
  • one or more of the one or more ground circuits 624 of the example single photon receiving device 601 and/or one or more of the one or more power supply or Vcc circuits 623 of the example single photon receiving device 601 cooperate such that the Modulation of the current consumption and/or the internal resistance and/or the voltage drop between the supply voltage connections of the example single-photon receiving device 601 does not allow any conclusions to be drawn about the operating processes and/or states of the example single-photon receiving device 601, at least at times.
  • the example single photon receiving device 601 has one or more input/output circuits 625 of the example single photon receiving device 601, which are shown in are generally embodied as digital inputs and/or as digital outputs of the exemplary single-photon receiving device 601, which can preferably also assume a tri-state state.
  • the example single photon receiving device 601 may include an analog-to-digital converter of the example single photon receiving device 601 that allows the microcontroller core 616 of the example single photon receiving device 601 to monitor internal analog values, such as operating voltage, and external analog values.
  • the analog-to-digital converter may be provided with an analog multiplexer to monitor a plurality of internal electrical nodes of the example single-photon receiving device 601 for the correctness of the values of the electric potential against a reference potential of the example single-photon receiving device 601 .
  • the microcontroller core 616 of the exemplary single photon receiving device 601 controls this analog multiplexer.
  • the exemplary single-photon receiving device 601 can be provided with one or more driver stages 692 of the exemplary single-photon receiving device 601 in order to be able to drive actuators 694, for example.
  • These actuators 694 can be, for example, motors and/or other ohmic and/or inductive and/or capacitive loads and the like.
  • Such a driver stage 692 of the exemplary single-photon receiving device 601 can be, for example, a half-bridge and/or an H-bridge or the like. It is also conceivable that power current sources of the exemplary single-photon receiving device 601 can be used, for example for lighting means such as LEDs.
  • the document presented here thus proposes an exemplary single-photon receiving device 601, in particular for the safe control of devices in automobiles, which comprises a semiconductor crystal.
  • the exemplary single-photon receiving device 601 is preferably manufactured entirely or partially in CMOS circuit technology or in bipolar circuit technology or in BiCMOS circuit technology.
  • the example single photon receiving device 601 preferably includes memory elements, one or more internal data buses 602, or exemplary single photon receiving device 601, one or more 8/16/32/15-bit microcontroller cores 616 of the exemplary single photon receiving device 601, one or more data interfaces of the exemplary single photon receiving device 601 and one or more preferably quantum process-based generators 615 of the exemplary single photon receiving device 601 for the generation of real or high-quality Random numbers (English: Quantum Random Number Generator: QRNG).
  • the internal data bus 602 of the example single photon receiving device 601 may include multiple data buses.
  • the storage elements of the example single photon receiving device 601 are typically connected to the internal data bus 602 of the example single photon receiving device 601 .
  • the data interfaces of the example single photon receiving device 601 are typically connected to the internal data bus 602 of the example single photon receiving device 601 .
  • the one or more random number generators (QRNG) 615 of the example single photon receiving device 601 are also preferably connected to the internal data bus 602 of the example single photon receiving device 601 .
  • the one or more microcontroller cores 616 of the example single photon receiving device 601 are also preferably connected to the internal data bus 602 of the example single photon receiving device 601 .
  • the one or more random number generators (QRNG) 615 preferably and typically generate one or more random numbers upon request of the microcontroller core 616 of the example single photon receiving device 601 .
  • One or more of the one or more microcontroller cores 616 of the exemplary single photon receiving device 601 preferably generate one or more keys using a respective program from one or more of their memory elements of the exemplary single photon receiving device 601 and using one or more of the generated random numbers.
  • one or more microcontroller cores 616 of the exemplary single photon receiving device 601 encrypt and/or decrypt using a respective program of the relevant microcontroller core 616 of the exemplary single photon receiving device 601, which in each case originates from one or more of its memory elements of the exemplary single photon receiving device 601, and using a respective key of the generated key data that these microcontroller cores 616 of the example single photon receiving device 601 typically exchange via one or more data interfaces of the example single photon receiving device 601 the one or more data interfaces of the example single photon receiving device 601 with devices outside of the example single photon receiving device 601.
  • the memory elements of the exemplary single-photon receiving device 601 include one or more read/write memories RAM 603 and/or one or more writable non-volatile memories, in particular EEPROM memories 604 and/or flash memories 604 and/or OTP memory 604, and/or one or more read-only memories, and/or one or more non-volatile manufacturer memories.
  • the one or more semiconductor memories of the example single photon receiving device 601 may include, for example, one or more manufacturer ROMs 606 and/or one or more manufacturer EEPROMs and/or one or more manufacturer flash memories.
  • the manufacturer memory of the exemplary single-photon receiving device 601, in particular a manufacturer ROM 606 of the exemplary single-photon receiving device 601, includes the boot software for starting the microcontroller core 616 of the exemplary single-photon receiving device 601 in order to reliably start the exemplary single-photon receiving device 601.
  • exemplary single-photon receiving device 601 has a manufacturer memory firewall 608 of exemplary single-photon receiving device 601 between manufacturer memory 606 of exemplary single-photon receiving device 601 and internal data bus 602 of exemplary single-photon receiving device 601, which restricts access to manufacturer memory 706 of the exemplary single photon receiving device 601 is prevented without authentication.
  • the exemplary single-photon receiving device 601 has one or more of the following components: A base clock generator 621 (CLK), a clock generator circuit 612, a reset circuit 622, a power supply circuit or a Vcc circuit 623 with voltage regulators that regulate the operating voltages at least provide for the example single photon receiving device 601, a ground circuit 624, an input/output circuit 625, one or more processing modules.
  • the processing modules of the exemplary single photon receiving device 601 communicate with the internal data bus 602 of the exemplary single photon receiving device 601 and thus typically with a microcontroller core 616 of the exemplary single photon receiving device 601.
  • the processing modules of the exemplary single photon receiving device 601 preferably include one or more of the following modules: A CRC module (Cyclic Redundancy Check) 611, a clock generator module 612, a crypto accelerator 607, in particular a DES accelerator and/or an AES accelerator 607, one or more timer modules 613, one or more Safety monitoring circuits and safety control circuits 614, as well as one or more data interfaces, in particular a universal asynchronous receiver transmitter (UART) 617.
  • a CRC module Cyclic Redundancy Check
  • a crypto accelerator 607 in particular a DES accelerator and/or an AES accelerator 607
  • timer modules 613 in particular a DES accelerator and/or an AES accelerator 607
  • Safety monitoring circuits and safety control circuits 614 as well as one or more data interfaces, in particular a universal asynchronous receiver transmitter (UART) 617.
  • UART universal asynchronous receiver transmitter
  • At least one data interface of the one or more data interfaces of the exemplary single photon receiving device 601 is a wired automotive data bus interface.
  • the wired automotive data bus interface can, for example, be a CAN data bus interface or a CAN FD data bus interface or a Flexray data bus interface or a PSI5 data bus interface or a DSI3 data bus interface or a LIN data bus interface or an Ethernet data bus interface or a LIN data bus interface or a MELIBUS data bus interface.
  • At least one data interface of the one or more data interfaces of the exemplary single photon receiving device 601 is a wireless data bus interface.
  • the wireless data bus interface can be a WLAN interface or a Bluetooth interface, for example.
  • At least one data interface of the one or more data interfaces of the exemplary single photon receiving device 601 is a wired data bus interface.
  • the wireless data bus interface of the exemplary single-photon receiving device 601 can be, for example, a KNX data bus interface or an EIB data bus interface or a DALI data bus interface or a PROFIBUS data bus interface.
  • the exemplary single photon receiving device 601 preferably comprises one or more wireless and/or wired data interfaces 626.
  • the data transmission channel 428 to a single photon transmitting device 401 can be wired or wireless.
  • the communication channel 428 is preferably wireless.
  • the data transmission channel 428 is then typically an electromagnetic data signal which the single photon receiving device 601 exchanges with the single photon transmitting device 401 in a wireless manner.
  • the car exchanges data with the single-photon transmission device 401, preferably by means of a wireless data interface 626 and its antenna 627.
  • the data transmission channel is then typically an electromagnetic data signal which the single photon receiving device 601 exchanges with the single photon transmitting device 401 by wire.
  • the exemplary single photon receiving device 601 typically includes one or more respective antennas 627 of the respective wireless interface 626.
  • the exemplary single photon receiving device 601 preferably includes an evaluation circuit 672 for the received signals 673 to 676 of the single photon detectors 677 to 680 for differently polarized single photons.
  • Evaluation circuit 672 receives measured values in the form of signals from single photon detectors 677 to 680 for differently polarized single photons via said received signals 673 to 676.
  • Evaluation circuit 672 processes these measured values and makes the result of this processing available to microcontroller core 616 via internal data bus 602.
  • the exemplary single-photon receiving device 601 preferably includes a single-photon detector system 1603 for receiving a polarization-modulated single-photon signal.
  • the single photon detector system 1603 preferably comprises n receiving channels for single photons.
  • the receiving channels each detect the individual photons with a rotation of the plane of polarization of (k ⁇ 1)/(2*n)*360° in relation to a basic direction.
  • the receiving channels can be numbered consecutively starting with 1. where k is the number of the receiving channel.
  • n is the number of receiving channels and k is a number with l ⁇ k ⁇ n.
  • the single photon detector system provides the microcontroller core 616 with data on the received single photons, this data preferably including the direction of polarization and the period or time of reception.
  • the exemplary single photon detector system 1603 preferably comprises a first single photon detector 677 for horizontally polarized single photons and a second single photon detector 678 for vertically polarized single photons and a third single photon detector 679 for +45° polarized single photons and a fourth single photon detector 680 for -45° polarized single photons.
  • the proposed single photon detector system 1603 is preferably a single photon detector system 1603 for polarization modulated single photons.
  • the exemplary single photon receiving device 601 preferably comprises a first single photon detector 677 for horizontally polarized single photons, for example a first SPAD diode.
  • the first single photon detector 677 includes the drive circuit and evaluation circuit for operating the SPAD diode.
  • the semiconductor substrate of the microcontroller core 616 preferably also includes the first SPAD diode with the necessary operating circuits and the connection to a supply voltage and thus the first single photon detector 677.
  • the first single photon detector 677 for horizontally polarized single photons is integrated into the single photon receiving device 601 in such a way that the first Single photon detector 677 for horizontally polarized single photons substantially only horizontally polarized single photons of the QKD coupling beam 452 emitted by a single photon transmitting device 401 is detected.
  • the construction of the first single photon detector 677 can already ensure, for example, that the first single photon detector 677 for horizontally polarized single photons essentially only detects horizontally polarized single photons of the OKD coupling beam 452 .
  • Such a construction can, for example, provide a first micro-optical grating as a polarization device that only lets through single photons of a horizontal polarization direction.
  • a construction can also include, for example, a second polarizing beam splitter 684 as a micro-integrated micro-optical functional element and a second single-photon detector 678 .
  • the first single photon detector 677 converts the received single photons of the third horizontally polarized single photon stream 685 into a first received signal 673 of the first single photon detector 677 for horizontally polarized single photons 673.
  • the first single photon detector 677 therefore preferably essentially only converts the received horizontally polarized single photons into the first received signal 673 of the first single photon detector 677 for horizontally polarized single photons;
  • a first received signal 673 from the first single photon detector 677 for horizontally polarized single photons 677 signals the evaluation circuit 672 that single photons have been received.
  • the exemplary single photon receiving device 601 preferably comprises a second single photon detector 678 for vertically polarized single photons, for example a second SPAD diode.
  • the second single photon detector 678 includes the drive circuit and evaluation circuit for operating the SPAD diode.
  • the semiconductor substrate of the microcontroller core 616 preferably also includes the second SPAD diode with the necessary operating circuits and the connection to a supply voltage and thus the second single photon detector 678.
  • the second single photon detector for vertically polarized single photons 678 is preferably integrated into the single photon receiving device 601 in such a way that the second Single photon detector 678 for vertically polarized single photons essentially only detects vertically polarized single photons of the QKD coupling beam 452 .
  • the construction of the second single photon detector 678 can already ensure that the second single photon detector 678 for vertically polarized single photons essentially only detects vertically polarized single photons of the QKD coupling beam 452 .
  • Such a construction can, for example, provide a second micro-optical grating as a polarization device that only lets through single photons of a vertical polarization direction.
  • such a construction can also include, for example, the second polarizing beam splitter 684 as a micro-integrated micro-optical functional element and the first single-photon detector 677 .
  • the second Single photon detector 678 converts the received single photons of the fourth horizontally polarized single photon stream 686 into a second received signal 674 of the second single photon detector 678 for vertically polarized single photons.
  • the second single photon detector 678 thus preferably converts essentially only the received vertically polarized single photons into the second received signal 674 of the second single photon detector 678 for vertically polarized single photons.
  • a second received signal 674 from the second single photon detector 678 for vertically polarized single photons 678 signals the evaluation circuit 672 that single photons have been received.
  • the exemplary single photon receiving device 601 preferably comprises a third single photon detector 679 for +45° polarized single photons, for example a third SPAD diode.
  • the third single photon detector 678 includes the drive circuit and evaluation circuit for operating the SPAD diode.
  • the semiconductor substrate of the microcontroller core 616 preferably also includes the third SPAD diode and thus the third single photon detector 679.
  • the third single photon detector for +45° polarized single photons 679 is preferably integrated into the single photon receiving device 601 in such a way that the third single photon detector for +45° polarized single photons 679 essentially only +45° polarized single photons of the QKD coupling beam 452 are detected.
  • the design of the third single photon detector 679 can already ensure, for example, that the third single photon detector 679 essentially only detects +45° polarized single photons of the QKD coupled beam 452 .
  • Such a construction can, for example, provide a third +45° oriented micro-optical grating as a polarization device on the surface of a third SPAD diode, ie at its light entry port, which only allows single photons of a +45° oriented polarization direction to pass.
  • a construction can also include, for example, the third polarizing beam splitter 690 as a micro-integrated micro-optical functional element and the fourth single-photon detector 680 .
  • the third single photon detector 679 converts the received single photons of the fifth +45° polarized single photon stream 1605 into a third received signal 675 of the third single photon detector 679 for +45° polarized single photons 675.
  • the third single photon detector 679 therefore preferably essentially only converts the received +45° polarized single photons into the third received signal 675 of the third single photon detector 679 for +45° polarized single photons.
  • a third received signal 675 from the third single photon detector 679 for +45° polarized single photons 679 signals the evaluation circuit 672 that single photons have been received.
  • the exemplary single photon receiving device 601 preferably comprises a fourth single photon detector 680 for -45° polarized single photons, for example a fourth SPAD Diode.
  • the fourth single photon detector 679 includes the drive circuit and evaluation circuit for operating the SPAD diode.
  • the semiconductor substrate of the microcontroller core 616 preferably also includes the fourth SPAD diode and thus the fourth single photon detector 680.
  • the fourth single photon detector for -45° polarized single photons 680 is preferably integrated into the single photon receiving device 601 in such a way that the fourth single photon detector for -45° polarized single photons 680 essentially only -45° polarized single photons of the QKD coupling beam 452 are detected.
  • the design of the fourth single photon detector 680 can already ensure, for example, that the third single photon detector 680 essentially only detects -45° polarized single photons of the QKD coupled beam 452 .
  • Such a construction can, for example, provide a third -45° oriented micro-optical grating as a polarization device on the surface of a fourth SPAD diode, ie at its light entry port, which only allows single photons of a -45° oriented polarization direction to pass.
  • a construction can also include, for example, the third polarizing beam splitter 690 as a micro-integrated micro-optical functional element and the third single-photon detector 679 .
  • the fourth single photon detector 680 converts the received single photons of the sixth +45° polarized single photon stream 691 into a fourth received signal 680 of the fourth single photon detector 680 for -45° polarized single photons 676.
  • the fourth single photon detector 680 therefore preferably converts essentially only the received -45° polarized single photons into the fourth received signal 676 of the fourth single photon detector 680 for -45° polarized single photons.
  • a fourth received signal 676 of the fourth single photon detector 680 for -45° polarized single photons 680 signals the evaluation circuit 672 that single photons have been received.
  • the exemplary single photon receiving device 601 preferably includes a supply voltage line. 643.
  • the supply voltage line 643 connects the respective loads within the proposed single photon receiving device 601 to one or more power supply or Vcc circuits 663 with voltage regulators, which provide the operating voltages for the microcontroller system of the single photon receiving device 601 and the QKD transmitter of the single photon receiving device 601.
  • the supply voltage line 643 can also include a number of lines which, for example, each connect a consumer of electrical energy, i.e. a sub-device of the proposed single-photon receiving device 601, to a voltage regulator or a current source of the one or more power supply or Vcc circuits 623.
  • the exemplary single photon receiving device 601 preferably includes optional receiving optics 681 for the QKD coupled beam 452.
  • the optional receiving optics 681 focuses the incoming single photons of the single photon beam of the QKD coupled beam 452 on the single photon detectors 677, 678, 679, 680 of the exemplary single photon receiving device 601.
  • the non-polarizing beam splitter 683 splits the QKD coupling beam 452.
  • the non-polarizing beam splitter 683 splits the single photon stream of the QKD coupling beam 452 into a first single photon stream 1604 and a second single photon stream 687, regardless of the polarization of the single photons of the QKD coupling beam 452 . In doing so, the non-polarizing beam splitter 683 injects a single photon into the first single photon stream 1604 with a probability of substantially 50% and into the second single photon stream 686 with a probability of substantially 50%.
  • a second polarizing beam splitter 684 splits the first single photon stream 1604 into a third horizontally polarized single photon stream 685 and a fourth vertically polarized photon stream 686 .
  • the third polarizing single photon stream 685 comprises essentially only horizontally polarized single photons with which the third horizontally polarized single photon stream irradiates the first single photon detector 677 for horizontally polarized single photons.
  • the fourth polarized single photon stream 686 comprises essentially only vertically polarized single photons with which the fourth vertically polarized single photon stream 686 irradiates the second single photon detector 678 for vertically polarized single photons.
  • the second single photon stream 687 preferably contains a ⁇ /4 plate and/or a polarization rotating device 688.
  • the ⁇ /4 plate or polarization rotating device 688 preferably rotates the polarization direction of the single photons in the second single photon stream 687 by 45° to form a twisted second single photon stream 689.
  • a third polarizing beam splitter 690 splits the twisted second single photon stream 689 into a sixth -45° polarized single photon stream 691 and a fifth +45° polarized photon stream 1605 .
  • the sixth polarized single photon stream 691 essentially comprises only -45° polarized single photons, with which the sixth -45° polarized single photon stream 691 irradiates the fourth single photon detector 680 for -45° polarized single photons.
  • the fifth +45° polarized single photon stream 1605 essentially comprises only +45° polarized single photons, with which the fifth +45° polarized single photon stream 1605 irradiates the third single photon detector for +45° polarized single photons 679 .
  • the single photon reception device 601 comprises, for example, an alignment receiver 699
  • Receiver 1601 of the alignment receiver 699 detects the laser pointer beam 462 for aligning the single-photon transmission device 401, 471, for example a car key.
  • the interface 1606 of the alignment receiver 699 receives measurement data from the receiver 1601 of the alignment receiver 699 via the alignment receiver line 698.
  • the interface 1606 of the alignment receiver 699 signals to the microcontroller core 616 via the internal data bus 602 whether the receiver 1601 of the alignment receiver 699 via the optical system 1602 of the alignment receiver 699 receives sufficient light from the laser pointer beam 462 to align the single photon transmitting device 471, for example a car key, with the single photon receiving device 601. Only when this is the case does the microcontroller core 616 preferably start generating a common quantum key for the single-photon transmission device 471, for example the car key 471, and the single-photon reception device 601 of the car 802.
  • the microcontroller core 616 of the single-photon reception device 601 signals the microcontroller core 416 of the single-photon transmission device 471, So for example the car key 471, for example via a wireless data connection 626, 627,428, 427, 426, that the agreement of a quantum key can start.
  • the microcontroller core 416 of the single photon transmission device 471, e.g. of the car key 471 then causes the single photon transmission device 1407 of the single photon transmission device 471 to generate a polarization-modulated stream of single photons as a QKD coupling beam 452, with the microcontroller core 416 of the single photon transmission device 471, e.g.
  • the single-photon receiving device 601 of the other device receives this polarization-modulated single-photon data stream of the QKD coupled beam 452.
  • the single photon receiving device 601 can control or influence an exemplary locking device 694 of a car 802 as a car key 401 or 471 .
  • the microcontroller core 616 exchanges an encryption code using a QKD method in a tap-proof manner.
  • the microcontroller core 416 of the car key 401, 471 can exchange authentication data with the microcontroller core 616 or with the microcontroller core 616 replace the higher-level computer unit.
  • microcontroller core 616 causes controller 692 to drive exemplary locking device 694 and the control line 693 for driving the example locking device 694 to open, unlock, lock or lock the example locking device 694 of the car 802 the door 804 or other opening of the car 802 .
  • the single photon receiving device 601 may include a controller 692 for driving the exemplary closure device 694 .
  • the controller 692 for the drive of the exemplary locking device 694 exchanges control data and/or status data with the drive of the exemplary locking device 694 and makes them available to the microcontroller core 616 via the internal data bus 602 .
  • the controller 692 for driving the exemplary closing device 694 exchanges control data and/or status data with the drive of the exemplary closing device 694 by means of the control line 693 for driving the exemplary closing device 694 .
  • the single photon receiving device 601 preferably comprises one or more data connections 696 from one or more data interfaces 695 of the single photon receiving device 601 to a higher-level computer unit 697 via a data bus 696 of the other device, for example the car 802. It can be, for example, a CAN data bus or a CAN FD data bus or a PSI5 data bus or a DSI3 data bus or an IC bus or an Ethernet connection or an optical data connection, for example an optical fiber, or an encrypted radio connection such as WLAN or Bluetooth, or act like that.
  • the superordinate computer unit 697 can be, for example, any computer unit of the motor vehicle. This higher-level computing unit usually controls the actions of the microcontroller core 616.
  • FIG. 7 shows, by way of example and schematically, the block diagram of an exemplary integrated circuit for use as an integrated QKD circuit 701 in automotive QKD systems.
  • the proposed circuit is preferably a one-piece CMOS, BICMOS or bipolar circuit in or on a semiconductor substrate.
  • the material of the semiconductor substrate preferably comprises silicon or SiC or a mixed crystal of elements from main groups III, IV and V of the periodic table.
  • Figure. 7 shows a diagram of an example of a QKD integrated circuit 701.
  • the QKD integrated circuit 701 contains, for example, memory elements which are connected to an internal data bus 702.
  • the memory elements can include, for example, one or more read/write memories RAM 703, one or more writable non-volatile memories such as EEPROM memory 704 or flash memory 704 or OTP memory 704.
  • the QKD integrated circuit 701 preferably includes one or more non-volatile, read-only memories 705, such as a ROM.
  • the QKD integrated circuit 701 preferably includes one or more non-volatile, writable and/or non-writable manufacturer memory 706.
  • the manufacturer memory 706 can be a manufacturer ROM.
  • the manufacturer ROM 706 preferably comprises the boot software for the microcontroller core 716 of the QKD integrated circuit 701.
  • the QKD integrated circuit 701 comprises, for example, one or more cryptographic accelerators 707, for example a DES accelerator and/or an AES accelerator 707, which are preferably connected to the microcontroller core 716 via the internal data bus 702.
  • one or more manufacturer memory firewalls 708 may be provided between manufacturer memory 706 and internal data bus 702 .
  • the QKD integrated circuit 701 preferably includes processing modules that communicate with the microcontroller core 716 of the QKD integrated circuit 701 via the internal data bus 702 .
  • the processing modules of the QKD integrated circuit 701 preferably comprise at least one of the following modules: a CRC (Cyclic Redundancy Check) module 711, a clock generator module 712, one or more timer modules 713, a safety monitoring circuit and safety control circuit 714, one or more quantum process-based generators for true random numbers (English: Quantum Random Number Generator: QRNG) 715, one or more 8/16/32/15-bit microcontroller cores 716 and one or more data interfaces 717, in particular one or more Universal Asynchronous Receiver Transmitters (UART) for support high-speed serial data.
  • CRC Cyclic Redundancy Check
  • QRNG Quantum Random Number Generator
  • UART Universal Asynchronous Receiver Transmitters
  • the other circuit parts of the integrated QKD circuit 701 include, for example, one or more basic clock generators 720 (CLK) and/or one or more clock generator modules 712, a reset circuit 722, a Power supply or Vcc circuit 723 with voltage regulators providing the operating voltage, a ground circuit 724 and an input/output circuit 725.
  • CLK basic clock generators 720
  • Vcc circuit 723 Power supply or Vcc circuit 723 with voltage regulators providing the operating voltage
  • ground circuit 724 an input/output circuit 725.
  • the QKD integrated circuit 701 is configured to enable secure authentication.
  • the QKD integrated circuit 701 preferably stores other data in addition to the authentication code, e.g. one or more lifetime and usage data and/or e.g. logistical data and/or e.g. commercial data and/or website and email addresses and/or image data, a set of instructions for car control devices 802 with which the microcontroller core 716 communicates via a data interface.
  • the QKD integrated circuit 701 can store other application data.
  • the QKD integrated circuit 701 includes, for example, a microcontroller core 716 configured to facilitate secure authentication of a product.
  • the internal data bus 702 may include multiple data buses 702 for multiple microcontroller cores 716 of the QKD integrated circuit 701 such that these multiple microcontroller cores 716 can access different sub-devices of the QKD integrated circuit 701 independently of each other at the same time.
  • the QKD integrated circuit 701 only comprises an internal data bus 702 and only one microcontroller core 716.
  • the microcontroller core 716 is preferably an ARM processor or the like. It is preferably an 8-bit or a 16-bit or a 32-bit or a 64-bit microcontroller core 716.
  • the integrated QKD circuit 701 preferably includes one or more read/write memories RAM 703. These can be, for example, SRAMs and/or MRAMs and/or FRAMS or the like.
  • the one or more read/write memories RAM 703 can also be wholly or partly dynamic read/write memories such as DRAMs, which the microcontroller core 716 or a refresh device of the integrated QKD circuit 701 use at regular time intervals in a refresh -Read the cycle and rewrite it again.
  • DRAM typically opens up opportunities for attack and is typically a potential vulnerability.
  • the microcontroller core 716 of the integrated QKD circuit 701 can preferably access this write/read memory RAM 703 of the integrated QKD circuit 701 by means of the internal data bus 702 of the integrated QKD circuit 701
  • the QKD integrated circuit 701 preferably comprises one or more writable and non-volatile memories 704.
  • the microcontroller core 716 of the QKD integrated circuit can preferably access these writable and non-volatile memories 704 of the QKD integrated circuit 701 701 by means of the internal data bus 702 of the QKD integrated circuit 701 access.
  • This non-volatile memory 404 of the QKD integrated circuit 701 can include EEPROM memory 704 or flash memory 704 or OTP memory 704, for example.
  • OTP stands for English One Time Programmable, which means only once programmable.
  • the QKD integrated circuit 701 preferably has one or more safety monitoring and control circuits 714 of the QKD integrated circuit 701, which monitor the data integrity of the memory cells of the erasable memories 704 of the QKD integrated circuit 701.
  • the memory cells of erasable memory 704 of integrated QKD circuit 701 preferably have redundancy such that at least two check bits are provided for a data word, which is preferably a data word with a length of 8 bits, i.e.
  • the first check bit can be a parity bit of the byte and the second check bit can be the inverse bit of the parity bit relative to the first check bit. If an attack with ionizing radiation or the like then occurs, the attack resets both test bits to the same value. This is an illegal condition that the QKD integrated circuit 701 can detect.
  • the one or more safety monitoring and control circuits 714 of the QKD integrated circuit 701 detect such a deviation and, if necessary, block the QKD integrated circuit 701 from further accesses, at least for a preferably predetermined period of time.
  • Each bit of the memory of the integrated QKD circuit 701 is preferably designed twice, so that each logical data bit is preferably implemented as a pair of a first physical data bit with a first internal logical value and a second physical data bit with a second internal logical value.
  • the second internal logical value is typically the logical inverse of the first internal logical value.
  • the one or more safety monitoring and control circuits 714 of the integrated QKD circuit 701 again preferably monitor that this is always the case.
  • the one or more safety monitoring and control circuits 714 of the integrated QKD circuit 701 again detect deviations and, for example, preferably block The further execution of programs or certain program parts and/or access to data, for example for the microcontroller core 716 in the event of deviations.
  • the QKD integrated circuit 701 comprises one or more reset circuits 722 of the QKD integrated circuit 701.
  • the reset circuits 722 of the QKD integrated circuit 701 respectively reset the QKD integrated circuit 701 and/or sub-devices of the integrated QKD circuit 701 into predefined states when predetermined or determinable reset conditions and/or combinations and/or time sequences of such reset conditions are present.
  • these conditions may be signaling from the one or more safety monitoring circuits and safety control circuits 714 of the QKD integrated circuit 701 to one or more reset circuits 722 of the QKD integrated circuit 701, for example.
  • the housing of the QKD integrated circuit 701 preferably includes a detector for opening or damaging the housing of the QKD integrated circuit 701. For example, this can be a single line that surrounds the QKD integrated circuit 701, for example as a textile network, or covers or at least covers parts of the QKD integrated circuit 701.
  • the integrated QKD circuit 701 can in each case feed an electric current into one or more such lines by means of a first input/output line and draw it again from one or more second input/output lines. If the flow of current is interrupted, this is an indication of an attack which one or more of the one or more security monitoring circuits and security control circuits 714 of the QKD integrated circuit 701 can detect and then, for example, the microcontroller core 716 of the QKD integrated circuit 701 signal this attack.
  • one or more of the one or more safety monitoring circuits and safety control circuits 714 of the integrated QKD circuit 701 write and / or read access to memory contents of the memory of the integrated QKD circuit 701 and/or delete such content of the memory of the integrated QKD circuit 701 in whole or in part or set this content of the memory of the integrated QKD circuit 701 to predefined values or overwrite it with nonsensical data or otherwise manipulate it.
  • the memories of the QKD integrated circuit 701 preferably comprise one or more non-volatile, read-only memories 705, such as ROM.
  • the ROM of the QKD integrated circuit 701 preferably contains design data and/or program instructions.
  • the QKD integrated circuit 701 preferably has one or more non-volatile, writable and/or non-writable manufacturer memories 706, in which the semiconductor manufacturer or another supplier can store their production and security data, such as serial numbers, etc.
  • the semiconductor manufacturer preferably blocks access to this writable and/or non-writable non-volatile manufacturer memory 706 of the QKD integrated circuit 701 after the last production test has been carried out. Access to the writable and/or non-writable manufacturer memory 706 of the integrated QKD circuit 701 using one or more manufacturer passwords possible. In some cases, a double key procedure makes sense.
  • a customer following the semiconductor manufacturer stores a customer password in a customer lock register of the integrated QKD circuit 701 that can also be locked for access with a password.
  • the semiconductor manufacturer can access all memory areas of the QKD integrated circuit 701 using only the customer password and the semiconductor password.
  • the semiconductor manufacturer provides an analysis password by means of which it can cause one or more of the one or more security monitoring circuits and security control circuits 714 of the QKD integrated circuit 701, typically with the aid of the reset circuit 722 of the QKD integrated circuit 701, the customer content in the memories of the integrated QKD circuit 701 and then to make all memory areas of the integrated QKD circuit 701 available for analysis of errors.
  • the manufacturer memory 706 of the QKD integrated circuit 701 can be a manufacturer ROM, for example, the content of which is defined, for example, during the manufacture of the semiconductor circuit of the QKD integrated circuit 701.
  • the QKD integrated circuit 701 is typically intended to use cryptographic methods that are stored in the memories of the QKD integrated circuit 701 and that one or more of the microcontroller cores 716 of the QKD integrated circuit 701 execute data and/or program code parts and /or receive and/or send commands in encrypted form.
  • the encryption is preferably a QKD encryption in each case. Some of these methods require considerable computing power.
  • the microcontroller core 716 of the integrated QKD circuit 701 executes certain program parts of these cryptographic methods in the form of partial steps of these cryptographic methods, but that one or more special hardware accelerators of the integrated QKD circuit 701 preferably in the form of one or more cryptography - Accelerator 707 of the QKD integrated circuit 701 execute these program parts.
  • the integrated QKD circuit 701 preferably has a DES Accelerator 707 for the DES algorithm and/or an AES accelerator 707 for executing the AES algorithm.
  • the microcontroller core 716 of the QKD integrated circuit 701 typically addresses these hardware accelerators of the QKD integrated circuit 701 via the internal data bus 702 of the QKD integrated circuit 701 .
  • the microcontroller core 716 of the integrated QKD circuit 701 preferably has a redundant clock system of the integrated QKD circuit 701 in order to be able to recognize access to the clock system of the integrated QKD circuit 701.
  • One or more of the one or more security monitoring and control circuits 714 of the QKD integrated circuit 701 monitors the consistency of the logical contents of this preferred plurality of redundant clock systems of the QKD integrated circuit 701 and can thus detect attacks and errors.
  • Access of the microcontroller core 716 of the QKD integrated circuit 701 and the test logic of the QKD integrated circuit 701 to the manufacturer memories of the QKD integrated circuit 701 is preferably prevented by one or more manufacturer memory firewalls 708 of the QKD integrated circuit 701.
  • the s QKD integrated circuit 701 comprises one or more CRC modules (Cyclic Redundancy Check) 711 of the integrated QKD circuit 701, so that the integrated circuit QKD 701 for a serial data communication the CRC data, which is used in most data protocols for Detection of faulty data transmissions can be used, on the one hand, in the case of a transmission process, and on the other hand, the correct reception of the data message can be checked quickly when it is received.
  • CRC modules Cyclic Redundancy Check
  • the QKD integrated circuit 701 preferably comprises one or more clock generator modules (English Clock Driver, CLK) 712 of the QKD integrated circuit 701, which generate one or more clock signals of the QKD integrated circuit 701 for operating the circuits of the QKD integrated circuit 701 .
  • the one or more clock generator modules (English Clock Driver, CLK) 712 of the integrated QKD circuit 701 preferably generate redundant clock signals which indicate an attack on the clock system of the integrated QKD circuit 701 .
  • the QKD integrated circuit 701 comprises one or more timer modules 713 of the QKD integrated circuit 701, as required by the microcontroller core 716, for example for the detection of time-outs.
  • the QKD integrated circuit 701 preferably includes one or more watchdog timers of the QKD integrated circuit 701, which monitor the processing of the various program parts by the one or more microcontroller cores 716 of the QKD integrated circuit 701. These QKD integrated circuit watchdog timers 701 may be part of one or more of the one or more QKD integrated circuit 701 safety monitoring circuits and safety control circuits 714 .
  • the integrated QKD circuit 701 comprises at least one quantum process-based generator for true random numbers (English: Quantum Random Number Generator: QRNG) 715. Quantum-based processes have the advantage that they are based on true randomness. In the 1970s, the physicist Bell proved that the theory of "hidden parameters" was wrong.
  • the microcontroller core 716 of the integrated QKD circuit 701 may be, for example, an 8-bit microcontroller core, or a 16-bit microcontroller core, or a 32-bit microcontroller core, or a 64-bit microcontroller core, or a 128-bit microcontroller core, or the like.
  • the QKD integrated circuit 701 may have one or more 8/16/32/15-bit microcontroller cores 716, which can preferably access the other sub-devices of the QKD integrated circuit 701 via one or more internal data buses 702 of the QKD integrated circuit 701.
  • the integrated QKD circuit 701 one or more data interfaces 717 of the QKD integrated circuit 701.
  • Such data interfaces can be, for example, one or more universal asynchronous receiver transmitters (UART) for supporting high-speed serial data.
  • the integrated QKD circuit 701 preferably has one or more base clock generators 721 (CLK) of the integrated QKD circuit 701, which preferably each have a base clock for one or more clock generator modules (English clock driver, CLK) 712 of the integrated QKD circuit 701 place.
  • the base clock generators 721 (CLK) of the QKD integrated circuit 701 are preferably oscillators.
  • QKD integrated circuit 701 also includes one or more QKD integrated circuit 701 power supply or Vcc circuits 723 with voltage regulators that provide the QKD integrated circuit 701 operating voltages.
  • the QKD integrated circuit 701 also includes one or more ground circuits 724 of the QKD integrated circuit 701, which include, for example, reverse polarity protection and protection circuits against the manipulation of the electrical potential of the semiconductor substrate of the semiconductor crystal of the QKD integrated circuit 701. For example, it is useful if one or more of the one or more ground circuits 724 of the QKD integrated circuit 701 have reverse polarity protection.
  • one or more of the one or more ground circuits 724 of the QKD integrated circuit 701 and/or one or more of the one or more power supply or Vcc circuits 723 of the QKD integrated circuit 701 cooperate so that the modulation the power consumption and/or the internal resistance and/or the voltage drop between the Supply voltage connections of the integrated QKD circuit 701 does not allow any conclusions to be drawn about the operating processes and/or states of the integrated QKD circuit 701, at least at times.
  • the QKD integrated circuit 701 has one or more input/output circuits 725 of the QKD integrated circuit 701 has, which are generally implemented as digital inputs and/or as digital outputs of the integrated QKD circuit 701, which can preferably also assume a tristate state.
  • the QKD integrated circuit 701 may include a QKD integrated circuit 701 analog-to-digital converter that allows the microcontroller core 716 of the QKD integrated circuit 701 to monitor internal analog values, such as the operating voltage and external analog values.
  • the analog-to-digital converter may be provided with an analog multiplexer to monitor a plurality of internal electrical nodes of the QKD integrated circuit 701 for the correctness of electrical potential values against a reference potential of the QKD integrated circuit 701 .
  • the microcontroller core 716 of the QKD integrated circuit 701 controls this analog multiplexer.
  • the QKD integrated circuit 701 can be provided with one or more driver stages 792 of the QKD integrated circuit 701 in order to be able to drive actuators 694, for example.
  • actuators 694 can be, for example, motors and/or other ohmic and/or inductive and/or capacitive loads and the like.
  • Such a driver stage 792 of the QKD integrated circuit 701 can be, for example, a half-bridge of the QKD integrated circuit 701 and/or an H-bridge of the QKD integrated circuit 701 or the like. It is also conceivable that power current sources of the integrated QKD circuit 701 can be used, for example for light sources such as LEDs.
  • the document presented here thus proposes an integrated QKD circuit 701, in particular for the safe control of devices in automobiles, which comprises a semiconductor crystal.
  • the QKD integrated circuit 701 is preferably manufactured in a CMOS circuit technology or a bipolar circuit technology or a BiCMOS circuit technology.
  • the integrated QKD circuit 701 preferably comprises memory elements, one or more internal data buses 702 of the integrated QKD circuit 701, one or more 8/16/32/15-bit microcontroller cores 716 of the integrated QKD circuit 701, one or more data interfaces of the QKD integrated circuit 701 and one or more preferably quantum process-based generators 715 of the QKD integrated circuit 701 for the generation of true or high-quality random numbers (English: Quantum Random Number Generator: QRNG).
  • the internal data bus 702 of the integrated QKD circuitry 701 may include multiple data buses.
  • the memory elements of the QKD integrated circuit 701 are typically connected to the internal data bus 702 of the QKD integrated circuit 701 .
  • the data interfaces of the QKD integrated circuit 701 are typically connected to the internal data bus 702 of the QKD integrated circuit 701 .
  • the one or more random number generators (QRNG) 715 of the QKD integrated circuit 701 are also preferably connected to the internal data bus 702 of the QKD integrated circuit 701 .
  • the one or more microcontroller cores 716 of the QKD integrated circuit 701 are also preferably connected to the internal data bus 702 of the QKD integrated circuit 701 .
  • the one or more random number generators (QRNG) 715 preferably and typically generate one or more random numbers upon request of the microcontroller core 716 of the QKD integrated circuit 701 .
  • One or more of the one or more microcontroller cores 716 of the QKD integrated circuit 701 preferably generate one or more keys with the aid of a respective program from one or more of their memory elements of the QKD integrated circuit 701 and with the aid of one or more of the generated random numbers.
  • one or more microcontroller cores 716 of the QKD integrated circuit 701 encrypt and/or decrypt using a respective program of the relevant microcontroller core 716 of the QKD integrated circuit 701, which in each case originates from one or more of their memory elements of the QKD integrated circuit 701, and with the aid of a respective key of the generated key data which these microcontroller cores 716 of the QKD integrated circuit 701 typically communicate via one or more data interfaces of the QKD integrated circuit 701 the one or more data interfaces of the QKD integrated circuit 701 with devices outside of the QKD integrated circuit Replace circuit 701.
  • the semiconductor crystal comprises all sub-devices of the QKD integrated circuit 701 integrally.
  • the memory elements of the integrated QKD circuit 701 include one or more read/write memories RAM 703 and/or one or more writable non-volatile memories, in particular EEPROM memories 704 and/or flash memories 704 and/or OTP memory 704, and/or one or more read-only memories and/or one or more non-volatile manufacturer memories.
  • the one or more semiconductor memories of the QKD integrated circuit 701 may include, for example, one or more manufacturer ROMs 706 and/or one or more manufacturer EEPROMs and/or one or more manufacturer flash memories.
  • the manufacturer memory of the integrated QKD circuit 701, in particular a manufacturer ROM 706 of the integrated QKD circuit 701, includes the boot Software for starting the microcontroller core 716 of the QKD integrated circuit 701 to safely start the QKD integrated circuit 701.
  • the integrated QKD circuit 701 has a manufacturer memory firewall 708 of the integrated QKD circuit 701 between the manufacturer memory 706 of the integrated QKD circuit 701 and the internal data bus 702 of the integrated QKD circuit 701, which Access to manufacturer memory 706 of QKD integrated circuit 701 without authentication prevented.
  • the integrated QKD circuit 701 has one or more of the following components: A base clock generator 721 (CLK) of the integrated QKD circuit 701, a clock generator circuit 712 of the integrated QKD circuit 701, a reset circuit 722, a power supply or a Vcc circuit 723 of the QKD integrated circuit 701 with voltage regulators that provide the operating voltages for at least the QKD integrated circuit 701, a ground circuit 724 of the QKD integrated circuit 701, an input/output circuit 725 of the QKD integrated circuit 701, one or more processing modules of the QKD integrated circuit 701.
  • CLK base clock generator 721
  • CLK clock generator circuit 712 of the integrated QKD circuit 701
  • reset circuit 722 a power supply or a Vcc circuit 723 of the QKD integrated circuit 701 with voltage regulators that provide the operating voltages for at least the QKD integrated circuit 701, a ground circuit 724 of the QKD integrated circuit 701, an input/output circuit 725 of the QKD integrated circuit 70
  • the processing modules of the QKD integrated circuit 701 communicate with the internal data bus 702 of the QKD integrated circuit 701 and thus typically with a microcontroller core 716 of the QKD integrated circuit 701.
  • the processing modules include of the QKD integrated circuit 701 one or more of the following modules: A CRC module (Cyclic Redundancy Check) 711, a clock generator module 712, a crypto accelerator 707, in particular a DES accelerator and/or an AES accelerator 707, one or more timers modules 713, one or more safety monitoring circuits and safety control circuits 714, one or more data interfaces, in particular a Universal Asynchronous Receiver Transmitter (UART) 717.
  • a CRC module Cyclic Redundancy Check
  • a crypto accelerator 707 in particular a DES accelerator and/or an AES accelerator 707
  • timers modules 713 in particular a DES accelerator and/or an AES accelerator 707
  • safety monitoring circuits and safety control circuits 714 one or more data interfaces,
  • At least one data interface of the one or more data interfaces of the integrated QKD circuit 701 is a wired automotive data bus interface.
  • the wired automotive data bus interface can, for example, be a CAN data bus interface or a CAN FD data bus interface or a Flexray data bus interface or a PSI5 data bus interface or a DSI3 data bus interface or a LIN data bus interface or an Ethernet data bus interface or a LIN data bus interface or a MELIBUS data bus interface.
  • the integrated QKD circuit 701 there is at least one data interface of the one or more data interfaces of the integrated QKD circuit 701 a wireless data bus interface.
  • the wireless data bus interface can be a WLAN interface or a Bluetooth interface, for example.
  • At least one data interface of the one or more data interfaces of the integrated QKD circuit 701 is a wired data bus interface.
  • the wireless data bus interface of the integrated QKD circuit 701 can, for example, be a KNX data bus interface or an EIB data bus interface or a DALI data bus interface or a PROFIBUS
  • the QKD integrated circuit 701 includes one or more wireless
  • the exemplary QKD integrated circuit 701 may communicate via a respective antenna 1 of a respective wireless interface 726 of the exemplary QKD integrated circuit 701 .
  • the antenna 427 emits an electromagnetic data signal 728, which the single photon transmitting device 401, which preferably includes the exemplary integrated QKD circuit 701, exchanges with the single photon receiving device 601 of another device, for example a car, wired or wireless.
  • the car key 401 exchanges data with the single-photon receiving device 601 of the car mentioned here as an example, preferably by means of the wireless data interface 726 of the exemplary integrated QKD circuit 701 and the antenna 427 of the single photon transmission device 401 out.
  • the microcontroller core 716 of the integrated QKD circuit 701 controls the control device 729 of the integrated QKD circuit 701 via the internal data bus 702 of the integrated QKD circuit 701.
  • the microcontroller core 716 can transmit configuration data from the control device 729 of the integrated QKD circuit 701 by means of the internal data bus 702 to the control device 729 of the integrated QKD circuit 701 and status information of the control device 729 read via the internal data bus 702 of the QKD integrated circuit 701.
  • a control line 730 preferably connects the driver 729 of the QKD integrated circuit 701 to an adjustable voltage regulator 742 of the QKD integrated circuit 701.
  • the driver 729 of the QKD integrated circuit 701 provides by means of the control line 730, the voltage between a supply voltage line 741 of the single photon sources 736, 737, 738, 739 and a reference potential.
  • the reference potential is typically an internal ground potential of an internal ground line of the integrated Q.KD circuit 701.
  • the adjustable voltage regulator 742 of the integrated QKD circuit 701 generates the potential set by the control device 729 from the potential of the supply voltage line 743 of the integrated QKD circuit 701 Supply voltage line 741 of the single photon sources 736, 737, 738, 739 of the integrated QKD circuit 701 compared to the internal reference potential of the integrated QKD circuit 701.
  • the QKD integrated circuit 701 typically comprises one or more power supplies 742 for the single photon sources 736 to 739 of the QKD integrated circuit 701 or n single photon sources.
  • the energy source for example a key battery, supplies the energy supply 742 of the single photon sources 736 to 739 with electrical energy via an illuminant supply voltage line 743.
  • the energy supply 742 regulates the operating voltage of the single photon sources 736 to 739, preferably by means of a linear regulator, in order to cause as little interference as possible.
  • control device 729 for the single photon sources 736, 737, 738, 739 regulates the voltage between the supply voltage line 741 of the single photon sources of the integrated QKD circuit 701 and a reference potential (typically ground) of the integrated QKD circuit 701 during the generation of a QKD -Do not look up the key so as not to cause interference with the control.
  • the power supply 742 of the QKD integrated circuit 701 includes a small power reserve, such as a capacitor, for stabilization.
  • the supply voltage line 741 of the QKD integrated circuit 701 connects the respective loads within the QKD integrated circuit 701 to one or more power supply or Vcc circuits 723 with voltage regulators, which supply the operating voltages for the microcontroller system of the QKD integrated circuit 701 and the polarization modulated single photon transmitter of QKD integrated circuit 701 provide.
  • the supply voltage line 741 can also include a number of lines, which, for example, each connect a consumer of electrical energy, i.e. a sub-device of the integrated QKD circuit 701, to a voltage regulator or a current source of the one or more power supply or Vcc circuits 723.
  • the adjustable adjustable voltage regulator 742 of the integrated QKD circuit 701 reduces the voltage between the potential of the supply voltage line 743 of the integrated QKD circuit 701 to such an extent that the potential of the supply voltage line 741 of the integrated QKD circuit 701 of the single photon sources 736, 737, 738, 739 of the QKD integrated circuit 701 versus that internal reference potential of the integrated QKD circuit 701 is sufficient for the integrated Q.KD circuit 701 to just about be able to operate all single-photon sources 736 to 739 of the integrated QKD circuit 701.
  • the single photon sources 736 through 739 of the QKD integrated circuit 701 each include illuminants 764 and respective current sources 463 of the respective single photon source of the single photon sources 736 through 739 of the integrated QKD circuit 701.
  • the respective current source 763 provides the single photon rate of the respective associated illuminant 764 of its single photon source of the single photon sources 736 to 739 of the QKD integrated circuit 701 depending on signaling of the associated control line of the control lines 731 to 735 for the associated current source 763 of the associated single photon source of the single photon sources 736 to 739 of the QKD integrated circuit 701.
  • the respective current sources 763 of the respective single photon sources 736 to 739 of the QKD integrated circuit 701 perform the actual adjustment of the photon density of the light emission of the single photon sources 736 to 739 of the QKD integrated circuit 701 .
  • the respective current sources 763 of the respective single photon sources 736 to 739 of the integrated QKD circuit 701 perform this setting as a function of control data transmitted by the control device 429 of the integrated QKD circuit 701 by means of the respective control line of the control lines 731 to 734 of the integrated QKD circuit 701 the single photon sources 736-739.
  • the microcontroller core 716 of the QKD integrated circuit 701 controls the driver 729 of the QKD integrated circuit 701, preferably via the internal data bus 702 of the QKD integrated circuit 701.
  • the microcontroller core 716 of the QKD integrated circuit 701 preferably exchanges with the driver 729 of the QKD integrated -Circuit 701 data over the internal data bus 702 of the integrated circuit 701 QKD.
  • a first control line 731 connects the control device 729 to the first current source 763 of the first single-photon source 736 of the integrated QKD circuit 701.
  • the control device 729 controls the first current source 763 of the first single-photon source 736 of the integrated QKD circuit 701 via the first control line 731 electric current through the first current source 763 of the first single photon source 736 of the integrated QKD circuit 701.
  • the control device 729 thus controls the electric current through the first illuminant 764 of the first single photon source 736 of the integrated QKD circuit 701 by means of the first control line 731.
  • the first illuminant 764 of the first single photon source 736 emits either directly polarized single photons or emits single photons of different types Polarizations from the polarizing filter or polarizing optical function means then polarize in the subsequent beam path.
  • the first control line 731 preferably also reports status data and/or measured values and/or other status parameters in digital or analog form to the first single-photon source 736 of the integrated QKD circuit 701 and its sub-devices via the control device 729 for the single-photon sources 736, 737, 738, 739 of the QKD integrated circuit 701 back to the microcontroller core 716 of the QKD integrated circuit 701.
  • the first control line 731 can include one or more digital or analog signal lines.
  • a second control line 732 connects the control device 729 of the integrated QKD circuit 701 to the second current source 763 of the second single photon source 737 of the integrated QKD circuit 701.
  • the control device 729 controls the electric Current through the second current source 763 of the second single photon source 737.
  • the driving device 729 thus controls the electric current through the second illuminant 764 of the second single photon source 737 by means of the second control line 732. In this way the driving device 729 of the integrated QKD circuit 701 controls the polarized second Lighting means 764 of the second single-photon source 737 of the QKD integrated circuit 701.
  • the second lighting means 764 of the second single-photon source 737 of the QKD integrated circuit 701 emits either directly polarized single photons or emits single photons of different polarizations, the polarization filter or polarizing optical functional means in the subsequent beam path then polarize.
  • the second control line 732 of the QKD integrated circuit 701 preferably also reports status data and/or measured values and/or other status parameters in digital or analog form to the second single photon source 737 of the QKD integrated circuit 701 and its sub-devices via the control device 729 for the single photon sources 736, 737, 738, 739 of the QKD integrated circuit 701 back to the microcontroller core 716 of the QKD integrated circuit 701.
  • the second control line 732 of the QKD integrated circuit 701 may comprise one or more digital or analog signal lines.
  • a third control line 733 connects the control device 729 to the third current source 763 of the third single-photon source 738 of the integrated QKD circuit 701.
  • the control device 729 of the integrated QKD circuit 701 controls the electric Current through the third current source 763 of the third single-photon source 738 of the QKD integrated circuit 701.
  • the driver 729 of the QKD integrated circuit 701 thus controls the electric Current through the third illuminant 764 of the third single photon source 738 of the Q.KD integrated circuit 701 by means of the third control line 733.
  • the driver 729 of the integrated QKD circuit 701 controls the polarized third illuminant 764 of the third single photon source 738 of the integrated QKD Circuit 701.
  • the third illuminant 764 of the third single-photon source 738 either emits directly polarized single photons or emits single photons of different polarizations, which then polarize the polarization filter or polarizing optical function means in the subsequent beam path.
  • the third control line 733 preferably also reports status data and/or measured values and/or other status parameters in digital or analog form to the third single-photon source 738 and its sub-devices via the control device 729 of the integrated QKD circuit 701 for the single-photon sources 736, 737, 738, 739 of the QKD integrated circuit 701 back to the microcontroller core 716 of the QKD integrated circuit 701.
  • the third control line 733 of the QKD integrated circuit 701 may comprise one or more digital or analog signal lines.
  • a fourth control line 734 connects the driving device 729 of the QKD integrated circuit 701 to the fourth current source 763 of the fourth single photon source 739 of the QKD integrated circuit 701.
  • the driver 729 of the QKD integrated circuit 701 controls the electric current through the fourth power source 763 of the fourth single photon source 739 of the QKD integrated circuit 701.
  • the driver 729 of the QKD integrated circuit 701 thus controls the electric current through the fourth illuminant 764 of the fourth Single photon source 739 of the QKD integrated circuit 701 by means of the fourth control line 734.
  • the driver 729 of the QKD integrated circuit 701 controls the polarized fourth illuminant 764 of the fourth single photon source 739 of the QKD integrated circuit 701.
  • the fourth illuminant 764 of the fourth single photon source 739 either emits directly polarized single photons or emits single photons of different polarizations, which then polarize the polarization filters or polarizing optical functional means in the subsequent beam path.
  • the fourth control line 734 preferably also reports status data and/or measured values and/or other status parameters in digital or analog form to the fourth single-photon source 739 of the QKD integrated circuit 701 and its sub-devices via the control device 729 of the QKD integrated circuit 701 for the single-photon sources 736, 737, 738, 739 of the QKD integrated circuit 701 to the microcontroller core 716 of the QKD integrated circuit 701 returns.
  • the fourth control line 735 may include one or more digital or analog signal lines.
  • the integrated QKD circuit 701 has, for example, four single photon sources 736 to 739.
  • the integrated QKD circuit 701 preferably comprises n single photon sources which, depending on the control by the control device 729 of the integrated QKD circuit 701, generate single photons by means of feed into the QKD coupled beam 452 by suitable optical means.
  • each of these n single photon sources of the integrated QKD circuit 701 feeds the single photons emitted by it with a different polarization direction into the QKD coupling beam 452 by means of these optical aids.
  • the single photon sources of the QKD integrated circuit 701 can typically be numbered from 1 to n with a single photon source number k. The direction of polarization of the single photons of a single photon source of the integrated QKD circuit 701 with the
  • Single photon source number k is preferably opposite the direction of polarization of the single photons of a single photon source of the QKD integrated circuit 701 with the
  • the QKD integrated circuit 701 can have n single photon sources with n being a positive integer greater than 1. This general case is not shown in FIG. However, a technically competent person will be able to easily rework this case based on the examples presented here. In such a case, the integrated QKD circuit 701 therefore also includes an nth control line.
  • the nth control line connects the drive device 729 to the nth current source 763 of the nth single photon source.
  • the control device 729 controls the electric current through the nth current source 763 of the nth single photon source of the integrated QKD circuit 701 via the nth control line for the nth current source 763 of the nth single photon source integrated QKD circuit 701 the electric current through the nth illuminant 764 of the nth single photon source of the integrated QKD circuit 701 by means of the nth control line.
  • the driver 729 of the QKD integrated circuit 701 controls the polarized nth illuminant 464 of the nth single photon source of the QKD integrated circuit 701.
  • the nth illuminant 764 of the nth single photon source of the QKD integrated circuit 701 radiates either directly polarized Single photons or emits single photons of different polarizations, which then polarize the polarization filter or polarizing optical functional means in the subsequent beam path.
  • the nth control line 735 preferably also reports status data and/or measured values and/or other status parameters in digital or analog form to the nth single-photon source of the QKD integrated circuit 701 and its sub-devices via the control device 729 of the QKD integrated circuit 701 for the single photon sources of the QKD integrated circuit 701 back to the microcontroller core 716 of the QKD integrated circuit 701.
  • the nth control line of the QKD integrated circuit 701 may comprise one or more digital or analog signal lines.
  • an nth control line of the QKD integrated circuit 701 connects the control device 729 of the QKD integrated circuit 701 to the nth current source 763 of the nth single photon source of the QKD integrated circuit 701 Via the nth control line for the nth current source 763 of the nth single photon source of the integrated QKD circuit 701, the driving device 729 controls the electrical current through the nth current source 763 of the nth single photon source of the integrated QKD circuit 701
  • the control device 729 of the QKD integrated circuit 701 thus controls the electrical current through the nth luminous means 764 of the nth single photon source of the QKD integrated circuit 701 by means of the nth control line.
  • control device 729 controls the polarized nth illuminant 764 of the nth single photon source of the integrated QKD circuit 701.
  • the nth illuminant 764 of the nth single photon source emits either directly polarized single photons or emits single photons of different polarizations, then polarize the polarization filter or polarizing optical functional means in the subsequent beam path.
  • the nth control line of the QKD integrated circuit 701 may comprise one or more digital or analog signal lines.
  • the first single photon source 736 of the QKD integrated circuit 701 typically comprises a polarized first illuminant 764 and a first current source 763.
  • the first illuminant 746 is preferably a silicon PN light emitting diode or a SPAD diode used as the illuminant.
  • the first current source 763 of the QKD integrated circuit 701 energizes the first illuminant 764 of the first single photon source 736 of the QKD integrated circuit 701 so briefly and with so low energy that the first illuminant 764 of the first single-photon source 736 of the integrated QKD circuit 701 emits essentially only single, spatially and temporally separated photons. This energizing of the first luminous means 764 of the first single-photon source 736 of the integrated QKD circuit 701 by the first current source is preferred
  • first single photon source 736 shorter than Ins, preferably shorter than 500ps, preferably shorter than 200ps, preferably shorter than lOOps, preferably shorter than 50ps, preferably shorter than 20ps, preferably shorter than lOps, preferably shorter than 5ps, preferably shorter than 2ps, better shorter than lps.
  • This energizing of the first illuminant 764 of the first single photon source 736 of the integrated QKD circuit 701 by the first current source 763 of the first single photon source 736 of the integrated QKD circuit 701 is very particularly preferably shorter than lOps.
  • the second single photon source 737 of the QKD integrated circuit 701 typically comprises a polarized second illuminant 764 and a second current source 763.
  • the second illuminant 746 of the QKD integrated circuit 701 is preferably a silicon PN light emitting diode or a SPAD diode used as the illuminant becomes.
  • the second current source 763 energizes the second illuminant 764 of the second single-photon source 737 of the integrated QKD circuit 701 so briefly and with such low energy that the second illuminant 764 of the second single-photon source 737 of the integrated QKD circuit 701 is essentially only single, spatially and temporally emits separate single photons.
  • This energizing of the second illuminant 764 of the second single photon source 737 of the integrated QKD circuit 701 by the second current source 763 of the second single photon source 737 of the integrated QKD circuit 701 is preferably shorter than Ins, better shorter than 500ps, better shorter than 200ps, better shorter than lOOps, better than 50ps, better than 20ps, better than lOps, better than 5ps, better than 2ps, better than lps.
  • This energizing of the second light source is very particularly preferred
  • the third single photon source 738 typically includes a polarized third illuminant 764 and a third current source 763.
  • the third illuminant 746 of the QKD integrated circuit 701 is preferably a silicon PN light emitting diode or a SPAD diode used as the illuminant.
  • the third current source 763 energizes the third illuminant 764 of the third single-photon source 738 of the integrated QKD circuit 701 so briefly and with such low energy that the third illuminant 764 of the third single-photon source 738 of the integrated QKD circuit 701 is essentially only single, spatially and temporally emits separate single photons.
  • This energizing of the third light source 764 of the third single photon source 738 is preferred of the QKD integrated circuit 701 by the third current source 763 of the third single photon source 738 of the QKD integrated circuit 701 shorter than Ins, preferably shorter than 500ps, preferably shorter than 200ps, preferably shorter than 100ps, preferably shorter than 50ps, preferably shorter than 20ps, better shorter than lOps, better shorter than 5ps, better shorter than 2ps, better shorter than lps.
  • This energizing of the third illuminant 764 of the third single photon source 738 of the QKD integrated circuit 701 by the third current source 763 of the third single photon source 738 of the QKD integrated circuit 701 is very particularly preferably shorter than lOps.
  • the fourth single photon source 739 of the QKD integrated circuit 701 typically includes a polarized fourth illuminant 764 and a fourth current source 763.
  • the fourth illuminant 746 of the QKD integrated circuit 701 is preferably a silicon PN light emitting diode or a SPAD diode used as the illuminant becomes.
  • the fourth current source 763 energizes the fourth illuminant 764 of the fourth single-photon source 739 of the integrated QKD circuit 701 so briefly and with such low energy that the fourth illuminant 764 of the fourth single-photon source 739 of the integrated QKD circuit 701 essentially only single, spatially and temporally emits separate single photons.
  • This energization of the fourth illuminant 764 of the fourth single photon source 739 of the integrated QKD circuit 701 by the fourth current source 763 of the fourth single photon source 739 is preferably shorter than Ins, better shorter than 500ps, better shorter than 200ps, better shorter than 100ps, better shorter than 50ps , better than 20ps, better than lOps, better than 5ps, better than 2ps, better than lps.
  • This energizing of the fourth illuminant 764 of the fourth single photon source 739 of the integrated QKD circuit 701 by the fourth current source 763 of the fourth single photon source 739 of the integrated QKD circuit 701 is very particularly preferably shorter than lOps.
  • the nth single photon source of the QKD integrated circuit 701 typically comprises a polarized nth illuminant 764 and an nth current source 763.
  • the nth Current source 763 energizes the nth illuminant 764 of the nth single-photon source of the QKD integrated circuit 701 preferably so briefly and with such low energy that the nth illuminant 764 of the nth single-photon source of the integrated QKD circuit 701 essentially only emits individual, spatially and temporally separated single photons.
  • This energizing of the nth illuminant 764 of the nth single photon source of the integrated QKD circuit 701 by the nth current source 763 of the nth single photon source of the integrated QKD circuit 701 is preferably shorter than Ins, better shorter than 500 ps, better shorter than 200ps, better than lOOps, better than 50ps, better than 20ps, better than lOps, better than 5ps, better than 2ps, better than lps.
  • This energizing of the nth is very particularly preferred Illuminant 764 of the nth single photon source of the QKD integrated circuit 701 by the nth current source 763 of the nth single photon source of the QKD integrated circuit 701 shorter than lOps.
  • an optical sub-device of the single-photon transmission device 401 or 471 combines the respective single-photon streams of the single-photon sources 436 to 440 to form a QKD coupling beam 452 of polarization-modulated single photons.
  • These optics are not shown in the example in FIG. However, a person skilled in the art will be able to easily implement this function using means from the prior art.
  • the QKD integrated circuit 701 shows a photodetector 751 analogous to the photodetector 451 of FIG.
  • the integrated QKD circuit 701 preferably comprises an actuator controller for an actuator which the microcontroller core 716 of the integrated QKD circuit 701 can control using this actuator controller via the internal data bus 702 in order to form a beam splitter or mirror (e.g. 448 in Figure 4 ) from the transmitter beam path when the calibration of the photon rates of the single photon sources 736 through 739 of the QKD integrated circuit 701 is complete.
  • the microcontroller core 716 of the integrated QKD circuit 701 preferably uses the photodetector 751, for example, in order to determine the photon density in the beam path (FIG. 4 reference numeral 449) of the single-photon transmission device 401 in FIG.
  • a potential problem is that the transmitted polarization of the single photons must not be linked to the temporal density of the single photons, i.e. the number of single photons per second. Therefore, the microcontroller core 716 of the integrated QKD circuit 701 inserts the mirror (FIG. 4, reference numeral 448) into the beam path ( Figure 4 reference numeral 446) of the single photon transmission device ( Figure 4 reference numeral 401).
  • the microcontroller core 716 then uses the photodetector 751 to detect the individual photon density in the beam path of the individual photon transmission device (FIG. 4 reference number 401). In this case, the microcontroller core 716 always operates a single photon source of the single photon sources 736 to 736 of the integrated QKD circuit 701 and detects a single photon density associated with this single photon source.
  • a received signal 753 of the photodetector 751 connects the photodetector 751 of the integrated QKD circuit 701 to an evaluation circuit 754 of the photodetector 751.
  • the Evaluation circuit 754 of the QKD integrated circuit 701 is preferably coupled to the microcontroller core 716 of the QKD integrated circuit 701 via the internal data bus 702 of the QKD integrated circuit 701 .
  • the evaluation circuit 754 of the photodetector 751 detects the values of the received signal 753 of the photodetector 751, from the single photons in the beam path of the single-photon receiving device ( Figure 4 reference number 401) from the first beam splitter or mirror ( Figure 4 reference number 448) to the photodetector 751 of the integrated QKD circuit 701, preferably converts these into digitized values, for example with the aid of an analog-to-digital converter ADC of the integrated QKD circuit 701, and transmits the measured value recorded in this way relating to the individual photons in the beam path of the individual photon receiving device ( Figure 4, reference numeral 401) from the first beam splitter or Mirror ( Figure 4 reference 448) up to the photodetector 751 of the QKD integrated circuit 701 to the
  • the microcontroller core 716 of the QKD integrated circuit 701 then controls the current sources 763 of the respective single photon sources 736 to 739 of the QKD integrated circuit 701 so that the single photon density of a single photon source of the single photon sources detected by the photodetector 751 of the QKD integrated circuit 701 by means of the value of the received signal 753 of the photodetector 751 of the QKD integrated circuit 701 736 to 739 of the QKD integrated circuit 701 firstly lies within a designated single photon density range value interval and secondly by no more than 10%, better than 5%, better than 2%, better than 1%, better than 0.5%, better than 0.2% , better 0.1%, better 0.05%, better 0.02%, better 0.01% from the single photon densities of all other single photon sources of the single photon sources 736 to 739 of the integrated QKD circuit 701 differs.
  • the microcontroller core 716 preferably removes the mirror (reference number 446 in Figure 4) again from the optical path (reference number 449 in Figure 4) of the single photon transmission device (reference number 401 in Figure 4), which then emits the individual photons in the beam path (reference number 449 in FIG. 4) of the single-photon transmission device (reference number 401 in FIG. 4) as a QKD coupling beam 452 to a receiver, for example a single-photon reception device 601.
  • the QKD integrated circuit 701 is part of a single photon transmission device such as that shown in FIGS. 4 and 5.
  • FIG. 1 is a single photon transmission device such as that shown in FIGS. 4 and 5.
  • the document presented here assumes a car key as the single photon transmitting device 401 and an example car as the device to be controlled with a single photon receiving device 601 .
  • the single photon transmitter device 401 of the car key in this sense comprises a QKD integrated circuit 701.
  • the support circuit 766 of the input terminal 466 of the QKD integrated circuit 701 can, for example in the case of a car key, preferably the Activation and reading of one or more buttons 467 or one or more switches 467 or other mechanical input devices for manual inputs by means of a support circuit 767 for reading and/or activating such buttons and switches.
  • the support circuit 766 for the input terminal 466 of the integrated QKD circuit 701 can preferably include a support circuit 768 for operating one or more biometric sensors 468, for example in the case of a car key.
  • the biometric sensors 468 supported by this support circuit 768 can be, for example, one or more fingerprint sensors and/or one or more cameras and/or one or more microphones and/or one or more speech analysis devices and/or one or more speaker recognition devices and/or or one or more facial recognition devices and/or one or more retina scanners or the like.
  • the support circuit 766 for the input terminal 466 of the QKD integrated circuit 701 can preferably act as a support circuit 770 for one or more actuators 470 for feedback from the QKD integrated circuit 701 to the user.
  • An actuator 470 that can be controlled and/or read out by this support circuit 770 within the meaning of the document presented here can be, for example, a mechanical vibration transmitter or a loudspeaker or a beeper, another sound transducer or a heater or the like.
  • the actuator 470 is typically used to transmit a mechanical signal from the QKD integrated circuit 701 to the user. But it can also serve their mechanical purposes.
  • the support circuit 766 of the QKD integrated circuit 701 for the input terminal 466 of the QKD integrated circuit 701, for example in the case of a car key preferably support circuits 769 for a or include a plurality of optical signaling means 469, for example in the form of an optical output element for signaling the integrated QKD circuit 701 to a user.
  • the visual signaling means 469 supported by this support circuit 769 may comprise one or more screens and/or one or more illuminants and/or one or more means changing their absorption properties, such as LCD displays or e-lnk displays.
  • the QKD integrated circuit 701 comprises a support circuit 1709 for one or more means 1409 for identifying a person using the single photon transmission device 401 comprising the QKD integrated circuit 701 .
  • SIM Subscriber Identification Module
  • the single-photon transmission device 401 can therefore be a mobile phone or a smartphone with the integrated QKD circuit 701 .
  • One of the wireless data interfaces of the integrated QKD circuit 701 can thus be, for example, a mobile radio data interface in a mobile radio network or a WLAN network or the like. It can therefore also be useful, among other things, if the integrated QKD circuit 701 can set up an authentication data channel to the server of a service provider, for example an automobile manufacturer, via this interface.
  • the QKD integrated circuit 701 preferably includes one or more wireless and/or wired data interfaces 726.
  • the data transmission channel 428 to a single photon transmission device 401 can be wired or wireless.
  • the communication channel 428 is preferably wireless.
  • the data transmission channel 428 is then typically an electromagnetic data signal which the integrated circuit QKD 701 exchanges with a single-photon transmission device 401 in a wireless manner.
  • the car exchanges data with the single-photon transmission device 401, preferably by means of a wireless data interface 726 and its antenna 1.
  • the data transmission channel is then typically an electromagnetic data signal which the integrated QKD circuit 701 exchanges with the single-photon transmission device 401 in a wired manner.
  • the QKD integrated circuit 701 typically comprises one or more respective antennas 727 of the respective wireless interface 726.
  • the integrated QKD circuit 701 preferably includes an evaluation circuit 772 for the received signals 773 to 776 of the individual photon detectors 777 to 780 for differently polarized individual photons.
  • the evaluation circuit 772 receives measured values in the form of signals from the individual photon detectors 777 to 780 for differently polarized ones Single photons via the said received signals 773 to 776.
  • the evaluation circuit 772 processes these measured values and makes the result of this processing available to the microcontroller core 716 via the internal data bus 702.
  • the QKD integrated circuit 701 preferably includes a single photon detector system 1703 for receiving a polarization modulated single photon signal.
  • the single photon detector system 1703 preferably comprises n receiving channels for single photons.
  • the receiving channels each detect the individual photons with a rotation of the plane of polarization of (k ⁇ 1)/(2*n)*360° in relation to a basic direction.
  • the receiving channels can be numbered consecutively starting with 1. where k is the number of the receiving channel.
  • n is the number of receiving channels and k is a number with l ⁇ k ⁇ n.
  • the single photon detector system provides the microcontroller core 716 with data on the received single photons, this data preferably including the direction of polarization and the period or time of reception.
  • the exemplary single photon detector system 1703 preferably includes a first single photon detector 777 for horizontally polarized single photons and a second
  • Single photon detector system 1703 is preferably a single photon detector system 1703 for polarization modulated single photons.
  • the single photon detector system 1703 preferably comprises n receiving channels for single photons.
  • the receiving channels each detect the individual photons with a rotation of the plane of polarization of (k ⁇ 1)/(2*n)*360° in relation to a basic direction.
  • the receiving channels can be numbered consecutively starting with 1. where k is the number of the receiving channel.
  • n is the number of receiving channels and k is a number with l ⁇ k ⁇ n.
  • the single photon detector system provides the microcontroller core 716 with data on the received single photons, this data preferably including the direction of polarization and the period or time of reception.
  • the QKD integrated circuit 701 preferably comprises a first single photon detector 777 for horizontally polarized single photons, for example a first SPAD diode.
  • the first single photon detector 777 includes the drive circuit and evaluation circuit for operating the SPAD diode.
  • the semiconductor substrate of the microcontroller core 716 preferably also includes the first SPAD diode with the necessary operating circuits and the connection to a supply voltage and thus the first single photon detector 777.
  • the first single photon detector for horizontally polarized single photons 777 is integrated into the integrated QKD circuit 701 in such a way that that the first Single photon detector for horizontally polarized single photons 777 essentially only horizontally polarized single photons of the QKD coupling beam 452, which is emitted by a single photon transmitting device 401, for example a car key, is detected.
  • the design of the first single photon detector 777 can already ensure, for example, that the first single photon detector 777 for horizontally polarized single photons essentially only detects horizontally polarized single photons of the QKD coupling beam 452 .
  • Such a construction can, for example, provide a first micro-optical grating as a polarization device that only lets through single photons of a horizontal polarization direction.
  • a construction can also include, for example, the second polarizing beam splitter 684 as a micro-integrated micro-optical functional element and the second single-photon detector 778 .
  • the first single photon detector 777 converts the received single photons of the third horizontally polarized single photon stream into a first received signal 773 of the first single photon detector 777 for horizontally polarized single photons 773.
  • the first single photon detector 777 therefore preferably essentially only converts the received horizontally polarized single photons into the first received signal 773 of the first Single photon detector 777 for horizontally polarized single photons.
  • a first received signal 773 from the first single photon detector 777 for horizontally polarized single photons 777 signals the evaluation circuit 772 that single photons have been received.
  • the QKD integrated circuit 701 preferably comprises a second single photon detector 778 for vertically polarized single photons, for example a second SPAD diode.
  • the second single photon detector 778 includes the drive circuit and evaluation circuit for operating the SPAD diode.
  • the semiconductor substrate of the microcontroller core 716 preferably also includes the second SPAD diode with the necessary operating circuits and the connection to a supply voltage and thus the second single photon detector 778.
  • the second single photon detector for vertically polarized single photons 778 is preferably integrated into the integrated QKD circuit 701 in such a way that that the second single photon detector for vertically polarized single photons 778 essentially only detects vertically polarized single photons of the QKD coupled beam 452 .
  • the construction of the second single photon detector 778 can already ensure that the second single photon detector for vertically polarized single photons 778 essentially only detects vertically polarized single photons of the QKD coupling beam 452 .
  • Such a construction can, for example, provide a second micro-optical grating as a polarization device that only lets through single photons of a vertical polarization direction.
  • such a construction can, for example, also have the second polarizing beam splitter 784 as a micro-integrated micro-optical Include functional element and the first single photon detector 777.
  • the second single photon detector 778 converts the received single photons of the fourth horizontally polarized single photon stream 786 into a second received signal 774 of the second single photon detector 778 for vertically polarized single photons.
  • the second single photon detector 778 thus preferably converts essentially only the received vertically polarized single photons into the second received signal 774 of the second single photon detector
  • a second received signal 774 from the second single photon detector 778 for vertically polarized single photons 778 signals the evaluation circuit 772 that single photons have been received.
  • the integrated QKD circuit 701 preferably comprises a third single photon detector 779 for +45° polarized single photons, for example a third SPAD diode.
  • the third single photon detector 778 includes the drive circuit and evaluation circuit for operating the SPAD diode.
  • the semiconductor substrate of the microcontroller core 716 preferably also includes the third SPAD diode and thus the third single photon detector 779.
  • the third single photon detector for +45° polarized single photons 779 is preferably integrated into the single photon receiving device 701 in such a way that the third single photon detector for +45° polarized single photons 779 essentially only +45° polarized single photons of the OKD coupling beam 452 are detected.
  • the construction of the third single photon detector 779 can already ensure, for example, that the third single photon detector for horizontally polarized single photons 779 essentially only detects +45° polarized single photons of the OKD coupling beam 452 .
  • Such a construction can, for example, provide a third +45° oriented micro-optical grating as a polarization device on the surface of a third SPAD diode, ie at its light entry port, which only allows single photons of a +45° oriented polarization direction to pass.
  • a construction can also include, for example, the third polarizing beam splitter 690 as a micro-integrated micro-optical functional element and the fourth single-photon detector 780 .
  • the third single photon detector 779 converts the received single photons of the fifth +45° polarized single photon stream 1605 into a third received signal 775 of the third single photon detector
  • the third single photon detector 779 thus preferably converts essentially only the received +45° polarized single photons into the third received signal 775 of the third single photon detector 779 for +45° polarized single photons.
  • a third received signal 775 from the third single photon detector 779 for +45° polarized single photons 779 signals the evaluation circuit 772 that single photons have been received.
  • the integrated QKD circuit 701 preferably comprises a fourth single photon detector 780 for -45° polarized single photons, for example a fourth SPAD diode.
  • the fourth single photon detector 779 includes the drive circuit and evaluation circuit for operating the SPAD diode.
  • the semiconductor substrate of the microcontroller core 716 preferably also includes the fourth SPAD diode and thus the fourth single photon detector 780.
  • the fourth single photon detector for -45° polarized single photons 780 is preferably integrated into the integrated QKD circuit 701 in such a way that the fourth single photon detector for -45 ° polarized single photons 780 essentially only -45 ° polarized single photons of the OKD coupling beam 452 detected.
  • the design of the fourth single photon detector 780 can already ensure, for example, that the third single photon detector for horizontally polarized single photons 780 essentially only detects -45° polarized single photons of the QKD coupled beam 452 .
  • Such a construction can, for example, provide a third -45° oriented micro-optical grating as a polarization device on the surface of a fourth SPAD diode, ie at its light entry port, which only allows single photons of a -45° oriented polarization direction to pass.
  • such a construction can also include, for example, the third polarizing beam splitter 790 as a micro-integrated micro-optical functional element and the third single-photon detector 779 .
  • the fourth single photon detector 780 converts the received single photons of the sixth +45° polarized single photon stream 791 into a fourth received signal 780 of the fourth single photon detector 780 for -45° polarized single photons 776.
  • the fourth single photon detector 780 therefore preferably converts essentially only the received -45° polarized single photons into the fourth received signal 776 of the fourth single photon detector 780 for -45° polarized single photons.
  • a fourth received signal 776 of the fourth single photon detector 780 for -45° polarized single photons 780 signals the evaluation circuit 772 that single photons have been received.
  • the QKD integrated circuit 701 preferably includes a supply voltage line 743.
  • the supply voltage line 743 connects the respective loads within the QKD integrated circuit 701 to one or more power supply or Vcc circuits 763 with voltage regulators that supply the operating voltages for the microcontroller system of the integrated QKD circuit 701 and the QKD transmitter of the QKD integrated circuit 701 provide.
  • the supply voltage line 743 can also comprise a number of lines which, for example, each connect a consumer of electrical energy, i.e. a sub-device of the integrated QKD circuit 701, to a voltage regulator or a current source of the one or more power supply or Vcc circuits 723.
  • the QKD integrated circuit 701 is preferably coupled to optional receiving optics 681 for the QKD coupled beam 452 .
  • the optional receiving optics 681 focuses the incoming single photons of the single photon beam of the QKD coupling beam 452 onto the single photon detectors 777, 778, 779, 780 of the integrated QKD circuit 701. Either the single photon detectors 777, 778, 779, 780 are sensitive to different polarization directions or the optional Receiving optics 681 focuses the incoming single photons of the single photon beam of the QKD coupling beam 452 onto different single photon detectors 777, 778, 779, 780 depending on the direction of polarization of the incoming single photons.
  • an integrated QKD circuit 701 of the single photon receiver device 601 includes, for example, an alignment receiver 799.
  • the receiver 1701 of the alignment receiver 799 detects the laser pointer beam 462 for aligning the single photon transmitter device 401, 471 , e.g of the alignment receiver 799 via the optical system 1602 of the alignment receiver 799 receives sufficient light of the laser pointer beam 462 to align the single photon transmitting device 471, for example a car key, on the integrated QKD circuit 701 of the single photon receiving device 601.
  • the microcontroller core 716 preferably start generating a common quantum key for the single-photon transmitting device 471, for example the car key 471, and the single-photon receiving device 601 of the car 802.
  • the microcontroller core 716 of the integrated QKD circuit 701 signals the single-photon receiving device 701 dem Microcontroller core 716 of the integrated QKD circuit 701 of the single-photon transmission device 471, for example the car key 471, for example via a wireless data connection 726, 727,428, 727, 726, that the agreement of a quantum key can start.
  • the QKD integrated circuit 701 of the single-photon receiving device 601 of the other device, for example a car receives this polarization-modulated single-photon data stream of the QKD coupling beam 452.
  • the QKD integrated circuit 701 of the single-photon receiving device 601 can control or influence an exemplary locking device 694 of a car as a car key 401 or 471, respectively.
  • the microcontroller core 716 of the single photon receiving device 601 exchanges in the exemplary application of a door lock for opening a door 804 or another opening of a car with an integrated QKD circuit 701 of the single photon transmitting device 401 or 471, for example a car key 401 or 471, an encryption code by means of a QKD procedure tap-proof.
  • the microcontroller core 716 of the integrated QKD circuit 701 of the single-photon transmission device 401 or 471, i.e. the car key 401 or 471, can exchange authentication data with the microcontroller core 716 of the integrated QKD circuit 701 of the single-photon reception device 601 or with a computer unit that is superordinate to the microcontroller core 716.
  • this computer unit 697 which is superordinate to the microcontroller core 716, or the microcontroller core 716 of the integrated QKD circuit 701 of the single-photon receiving device 601 considers the authentication data to be trustworthy after comparison with a database, the microcontroller core 716 of the integrated QKD circuit 701 of the single-photon receiving device 601 initiates this, for example by means of a suitable Signaling via the internal data bus 702 of the QKD integrated circuit 701 of the single photon receiving device 601, the controller 792 of the QKD integrated circuit 701 of the single photon receiving device 601 for driving the exemplary closing device 694 and the control line 693 for driving the exemplary closing device 694 the exemplary closing device 694 of the car, to open, unlock, lock or close the door or other opening of the car.
  • the QKD integrated circuit 701 of the single photon receiving device 601 may include a controller 792 for driving the example closure device 694 .
  • the controller 792 exchanges the integrated QKD circuit 701 for driving the exemplary locking device 694 Control data and / or status data with the drive of the exemplary locking device 694 and provides this for the microcontroller core 716 of the integrated QKD circuit 701 via the internal data bus 702 of the integrated QKD circuit 701 this available.
  • the controller 792 of the integrated QKD circuit 701 for driving the exemplary closing device 694 exchanges control data and/or status data with the drive of the exemplary closing device 694.
  • the integrated QKD circuit 701 of the single photon receiving device 601 preferably comprises one or more data connections 796 from one or more data interfaces 795 of the integrated QKD circuit 701 of the single photon receiving device 601 to a higher-level computer unit 697 via a data bus 796 of the integrated QKD circuit 701 of the other device, for example the car.
  • a data bus 796 of the integrated QKD circuit 701 of the other device for example the car.
  • It can be, for example, a CAN data bus or a CAN FD data bus or a PSI5 data bus or a DSI3 data bus or an l 2 C bus or an Ethernet connection or an optical data connection, for example an optical waveguide, or an encrypted radio connection, such as WLAN or Bluetooth, or the like.
  • the superordinate computer unit 697 can be, for example, any computer unit of the motor vehicle. This higher-order processing unit usually controls the actions of the microcontroller core 716 of the integrated QKD circuit 701 of the single-photon receiving
  • the QKD integrated circuit 701 typically includes a power supply 756 for a laser pointer laser diode 459.
  • the laser pointer laser diode 459 typically emits a laser pointer beam 462 when energized.
  • a user may prefer the laser pointer beam 462 for aligning the single-photon transmission device 471, for example a car key, to a single-photon reception device 601.
  • the laser pointer beam 462 preferably has a wavelength which is different from the wavelength of the individual photons in the QKD coupled beam 452 .
  • the single photon detectors 436 to 440 are preferred
  • Single photon receiving device 601 not sensitive to the wavelength of the radiation of the laser pointer beam 462.
  • the single photon detectors 436 to 440 are preferred
  • the QKD integrated circuit 701 includes a controller 757 for the current source 760 of the laser pointer diode 459, which controls the value of the electrical current through the laser pointer diode 459.
  • the microcontroller core 716 of the integrated QKD circuit 701 controls the control device 757 via the internal data bus 702, for example.
  • the laser pointer diode 459 preferably emits visible light, which is typically recognizable to a human user. This allows the user to identify and correct incorrect alignments.
  • the current source 760 of the laser pointer diode 459 adjusts the operating current through the laser pointer diode 459 depending on the signals from the control device 757 for the current source 760 of the laser pointer diode 459 .
  • a projection optics 461 of the laser pinter device improves the beam quality of the laser pointer beam 462 for aligning the car key.
  • Figure 8 shows the coupling of a single photon transmission device 401 to a single photon reception device 601 by means of a QKD coupling beam 452.
  • the example car key includes the single photon transmitter device 401 and the example car 802 includes the single photon receiver device 601.
  • the single-photon transmission device 401 preferably includes an integrated QKD circuit 701.
  • the single-photon receiving device 601 preferably also includes an integrated QKD circuit 701.
  • the single-photon transmission device 401 determines a first random number and a second random number by means of its preferably quantum-process-based generator for genuine random numbers (English: Quantum Random Number Generator: QRNG) 415 .
  • the single photon transmitting device 401 transmits the first random number and the second random number by means of the QKD coupling beam of polarization-modulated single photons to the single photon receiving device 601 of the other device, i.e. here the car 802.
  • the microcontroller core 616 of the single photon receiving device 601 of the other device, i.e. here the car 802 then encrypts the second random number with the first random number as a QKD key to a QKD-encrypted second random number.
  • the microcontroller core 416 of the single-photon transmission device 401, ie the car key compares the second random number with the decrypted second random number.
  • additional authentication data which also includes GPS data, biometric data, key numbers, data from the automobile manufacturer and/or data from service providers etc. can count.
  • the configuration of the car such as the maximum speed and/or the maximum acceleration, or the permitted radius of action around a reference point, or the permitted area, etc., may depend on the biometric features that the car key captures.
  • the single-photon receiving device 601 or a higher-level device executes this command of the car key out of.
  • the body of the car 802 preferably has an optical window 803 transparent to the QKD coupling beam 452 so that the QKD coupling beam can reach the single photon receiving device 601 with a low photon loss rate.
  • the single photon receiving device 601 can be used in the car key instead of in the car 802 if the single photon transmitting device 401 is used in the car 802 instead.
  • This reversal is hereby fully incorporated into the disclosure presented here and pertains to the entire text of the document presented here.
  • FIG. 9 largely corresponds to FIG. 8 with the difference that the user now uses a laser pointer beam 462 to align the single-photon transmitting device 401, ie the car key, with the single-photon receiving device 601, ie the door lock. Only when the laser pointer beam 462 of the laser pointer device 455 of the single photon transmitting device 401, i.e. the car key, hits the alignment receiver 699 of the single photon receiving device 601, i.e. the car 802, does the microcontroller core 616 signal the single photon receiving device 601 via the conventional data transmission channel 428 single photon transmission device 401, that the agreement of a QKD key, as described in the description of Figure 8 can start. Then, the single photon transmitting device 401 starts negotiating a common secret QKD key.
  • FIG. 10 shows the agreement of a QKD key between a car 802 and an infrastructure device, here a charging station. 1011 .
  • the charging station 1011 in FIG. 10 includes, for example, a single-photon receiving device 601.
  • the exemplary wireless data transmission link 428 in FIGS. 4, 5 and 6 is replaced by another, now wired data transmission link 428, for example.
  • a charging cable 1012 connects the charging station 1011 to the car 802 via a charging connector 1013.
  • the charging cable 1012 preferably includes a waveguide, for example a fiber optic cable, for the transmission of the QKD coupling beam 452 from the single photon transmitting device 401 of the car 802 to the single photon receiving device 601 of the charging station 1011. Furthermore, the charging cable 1012 preferably includes an electrical line for exchanging data by means of a now wired data transmission path 428 between the microcontroller core 616 of the single photon receiving device 601 of the charging station 1011 on the one hand and the microcontroller core 416 of the single photon transmitting device 401 of the car 802 on the other hand, which now here plays the role of the key for enabling access to the charging station 1011. If the data transmission path 428 is radio-supported, this line can be dispensed with.
  • a waveguide for example a fiber optic cable
  • the charging cable preferably includes a corresponding data line.
  • a laser pointer beam 462 is not necessary here.
  • the charging cable typically includes the power lines for transporting electrical energy from the charging station to the car and possibly back.
  • the charging connector 1013 preferably comprises several electrical power connections for the transmission of electrical energy from the charging station 1011 to the car 802.
  • the charging connector also preferably has a connector for the data connection of the data line of the charging cable 1012 with a data line of the car to the single-photon transmission device 401 around the To be able to establish data connection 428 between the single photon transmitting device 401 of the car 802 and the single photon receiving device 601 of the position column.
  • the car exchanges a QKD key with the charging station, as described above.
  • the charging station and car can then exchange encrypted authentication data and other data.
  • FIG. 11 shows an exemplary interaction between a software update device 1114 and the car 802.
  • the software update device 1114 works as a so-called trusted server.
  • the computer 1117 of the software update device 1114 is connected to the server of a software provider 1118 by means of a data transmission path 428 which can be wired or wireless.
  • This server of the SW provider 1118 can be a server of an automobile manufacturer, for example.
  • the data transmission route 428 to the server of the SW provider 1118 can run entirely or partially on the Internet.
  • the computer 1117 of the software update device 1114 exchanges a tap-proof QKD-generated key with the server of the software provider 1118 by means of a Q.KD interface (eg a single-photon receiving device 601 and a single-photon transmitting device 401).
  • the communication between the computer 1117 of the software update device 1114 and the server of a SW provider 1118 is preferably encrypted via a data transmission path 428.
  • the computer 1117 of the software update device 1114 and the server of a SW preferably use - Provider 1118 the key generated using a QKD process for the encryption of this communication.
  • the computer 1117 of the software update device 1114 uses its single photon transmission device 401 of the software update device 1114 and the single photon reception device 601 of the car 802 to generate a key for using the QKD coupling beam 428 and a method for generating a quantum key the encryption of the data transmitted between the microcontroller core 616 of the single photon receiving device 601 of the car and the computer 1117 of the software update device 1114.
  • An optical waveguide which is preferably part of the data transmission cable 1115, preferably leads the single photons of the QKD coupling beam 452 from the single photon transmitting device 401 of the SW update device 1114 to the single photon receiving device 601 of the car 802.
  • a data line which is preferably part of the data transmission cable 1115, enables it the conventional data communication between the computer 1117 of the software update device 1114 and the microcontroller core 616 of the single photon receiving device 601 of the car 802.
  • the computer 1117 of the SW update device requests identification data via the QKD encrypted data channel between the single photon receiving device 601 of the car and of the single photon transmission device.
  • the computer 1117 of the software update device 1114 requests corresponding authentication data from the server of the software provider 1118 via the QKD-encrypted data channel on the basis of the identification data received from the car 802 .
  • the server of the SW provider 1118 checks the identification data received. If the identification data is correct, the server of the SW provider 1118 firstly provides suitable authentication data for access to the relevant data memory of the car 802 . Secondly, the server of the SW Provider 1118 data ready to be transferred to the car 802 by the SW update device 114 and transfers them by means of the QKD-encrypted data transmission path 428 to the memory of the computer 1117 of the software update device 1114.
  • the computer 1117 of the software update Device 1114 authenticates itself via the likewise QKD-encrypted data line 428 between computer 1117 of software update device 1114 and single photon transmission device 401 on the one hand and microcontroller core 616 of single photon reception device 601 of car 802 on the other hand at microcontroller core 616 of single photon reception device 601 of car 802 with the authentication data of the dated Server of the SW provider 1118.
  • the microcontroller 616 of the single photon receiving device 601 verifies the authentication data thus obtained. If the verification result is positive, which means that the data corresponds to an expected value, the microcontroller core 616 of the single photon receiving device 601 of the car 802 signals the computer 1117 of the software update device 1114 that the data can be downloaded.
  • the computer 1117 of the software update device 1114 then transfers the data from its memory and/or from the software provider's server 1118 to a memory in the car 802. Some of the steps described here can also be carried out by other computers in the car 802 and /or the software update device 1114 are performed. After the download is complete, one or more of the car's computers may carry out additional security checks. If all safety checks have been carried out with positive results, the car's computers use the downloaded data in whole or in part. Unplugging the 1116 software update connector from the 802 will break the data connection and end the download.
  • FIG. 12 shows a car 802 in which sub-devices of the car generate a Q.KD key via a QKD system and use it for encrypted communication in a vehicle.
  • the vehicle according to the proposal includes a single-photon waveguide for the Q.KD coupled beam 452.
  • the single-photon waveguide is preferably a glass fiber cable.
  • a first sub-device of the car for example a first control unit of the car 802, comprises, for example, a single-photon transmitting device 401.
  • a second sub-device of the car for example a second control unit of the car 802, comprises, for example, a single-photon receiving device 601.
  • the single-photon waveguide ensures that the QKD coupled beam of the single photons of the single photon transmission device 401 reaches the single photon reception device 601 .
  • a conventional data bus enables conventional communication between the single-photon transmission device 401 and the single-photon reception device 601.
  • the single photon transmission device 401 and/or the single photon reception device 601 refuse to work and/or cooperate, preferably at least in part or in full. If necessary, the systems go into an emergency mode.
  • FIG. 13 largely corresponds to the situation in FIG. 9, with the difference that instead of the car key, one car now accesses another car.
  • the first car (on the left) follows the car in front (on the right).
  • the optical system of the single photon transmission device 471 of the following car now preferably comprises an actuator for aligning the laser pointer beam 462 to a predetermined point on the other car driving ahead.
  • the single photon detectors of the single photon receiving device 601 of the preceding car are preferably located at this point.
  • a camera captures the position of the predetermined point on the other car ahead.
  • An image recognition system recognizes this point and preferably provides the control data for the alignment devices of the laser pointer beam.
  • the single photon receiving device 601 preferably also comprises an alignment device for aligning the QKD coupled beam of the single photons.
  • the single photon transmitting device 471 of the following car preferentially causes the laser pointer beam alignment devices and the QKD coupling beam alignment device to align the single photons of the laser pointer beam and the QKD coupling beam to the predetermined point on the other car ahead by means of them to direct tax data.
  • the single photon receiving device 601 of the leading car signals the single photon transmitting device 471 of the following car that the single photon receiving device 601 of the leading car is aligned with the single photon transmitting device 471 of the following car, the single photon transmitting device 471 of the following car begins to negotiate the QKD key.
  • the single-photon receiving device 601 of the car driving ahead and the single-photon-transmitting device 471 of the following car are not aligned with one another, but rather the beam path of the QKD single-photon beam is suitably deflected.
  • the microcontroller core 616 signal the single photon receiving device 601 via the conventional data transmission channel 428 single photon transmitting device 401 that the agreement of a QKD Key, as described in the description of Figure 8 can start.
  • the single photon transmission device 401 starts the agreement of a common secret Q.KD key.
  • the two cars can then exchange encrypted data.
  • FIG. 14 shows, in a schematically simplified manner and not to scale, an exemplary SPAD diode 1820 for use as a sensor element of a single photon detector within the meaning of this document.
  • the example SPAD diode 1820 includes, by way of example, one or more shallow trench isolations (STI) 1821, one or more anode contacts 1822, one or more cathode contacts 1823, one or more cap oxides 1824, or one or more optically transparent insulating layers 1824, one or more Highly doped first connection regions 1825 of a first conductivity type, one or more first doped wells 1826 of a second conductivity type, one or more second doped wells 1827 of a second conductivity type, an epitaxial layer 1828 of a second conductivity type, a base material 1829 of the semiconducting monocrystalline wafer, second doped well 1830 of a second conduction type below the anode contact, one or more highly doped second connection regions 1831 of a second conduction type, one or more insulation 18
  • the cathode contact 1823 of the example SPAD diode 1820 is preferably made of indium tin oxide (ITO) or another transparent and electrically conductive material.
  • ITO indium tin oxide
  • the highly doped first connection region 1825 of a first conductivity type can be an n+-doped region in the semiconducting substrate material of the SPAD diode 1820, for example.
  • the first doped well 1826 of a second conductivity type can be, for example, a p"-doped region in the semiconducting substrate material of the SPAD diode 1820.
  • the second doped well 1827 of a second conductivity type can be, for example, a p-doped region in the semiconducting substrate material of the SPAD diode 1820.
  • the epitaxial layer 1828 of a second conductivity type can be a p-doped epitaxial layer in the semiconducting substrate material of the SPAD diode 1820.
  • the base material 1829 of the semiconducting single-crystal wafer typically has a second conductivity type.
  • the base material 1829 of the semiconducting monocrystalline wafer is, for example, a p-doped monocrystalline semiconductor wafer.
  • the second doped well 830 can be a second Conduction type act below the anode contact, for example, a p-doped region in the semiconducting substrate material of the SPAD diode 1820.
  • the highly doped second connection region 1831 of a second conductivity type can be a p+-doped region in the semiconducting substrate material of the SPAD diode 1820, for example.
  • the insulation 1832 can be an oxide or the like, for example.
  • the metal-optical filter 1833 preferably covers the SPAD diode 1820 to such an extent that light can no longer strike the SPAD diode 1820 from the sides. Preferably, the light reaches the SPAD diode 1820 from above.
  • the incident light 1835 then has to pass through the slits 1834 in the metal layer 1833 of the metal-optical filter 1833 . If the slits are selected to be narrow enough, this is only possible if the direction of polarization of the E field of the electromagnetic wave 1835 is oriented parallel to the slits 1834 in the x-direction.
  • a filter preferably filters the electromagnetic wave 1835 prior to impinging on the metal-optical filter 1834 such that only light with a wavelength greater than a maximum wavelength reaches the metal-optical filter 1833 .
  • the optics are preferably constructed in such a way that the electromagnetic wave 1835 hits the metal-optical filter 1833 from a direction that is preferably always the same, since the filter properties of the metal-optical filter 1833 depend on the angle of incidence between the pointing vector of the electromagnetic wave 1835 and the normal vector of the plane of the metal-optical filter 1833 hang out. This impact angle is preferably 0°.
  • the width of the optically transparent slits 1834 in the metal-optical filter 1833 determines the cut-off wavelength of the metal-optical filter.
  • the metal-optical filter 1833 is opaque. In order to enable good polarization, the electromagnetic wave 1835 should therefore be filtered by a filter in such a way that it no longer has any radiation components with wavelengths shorter than the limit wavelength;
  • FIG. 14 shows an incident electromagnetic wave 1835 as an example for illustration purposes.
  • the electromagnetic wave 1835 can be the wave of a single photon.
  • Figure 15A shows a metal-optical filter 1950 in a schematically simplified manner and not to scale with four metal-optical sub-filters 1951, 1952, 1953, 1954 for a 2x2 SPAD diode array of four SPAD diodes with a polarization filter effect of the metal-optical sub-filters 1951, 1952 rotated in 45° steps , 1953, 1954 in supervision.
  • the underlying SPAD diodes are not shown.
  • the reference number 1951 designates an exemplary diagram which is not sketched to scale first metal-optical sub-filter 1951 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.
  • the vertical polarization direction of the E-field for a first SPAD diode corresponds here to a 0° polarization direction of the E-field for a first SPAD diode;
  • the reference numeral 1952 designates an exemplary second metal-optical sub-filter 1952, not drawn to scale, with a 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;
  • the reference numeral 1953 designates an exemplary third metal-optical partial filter 1953, which is not sketched to scale, with horizontal polarization direction of the E field for a third SPAD diode, which is typically arranged under the third metal-optical partial filter 1953 in the semiconductor substrate.
  • the horizontal direction of polarization of the E-field for a third SPAD diode here corresponds to a 90° direction of polarization of the E-field for a third SPAD diode;
  • the reference numeral 1954 designates an exemplary fourth metal-optical sub-filter 1954, not sketched to scale, 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.
  • FIG. 15B shows a further exemplary metal-optical filter 1955 in a schematically simplified manner and not true to scale with sixteen metal-optical sub-filters for a 4 ⁇ 4 SPAD diode array of sixteen SPAD diodes with a polarization filter effect of the metal-optical sub-filters rotated in 45° steps in plan view.
  • the metal-optical filters are scrambled in the case of the further exemplary metal-optical filter 1955 .
  • FIG. 16 corresponds to FIG. 5 with the difference that the 1411 has been replaced by the 1603.
  • Figure 16 thus represents a single photon receiving device 2417.
  • FIG. 17 corresponds to FIG. 6 with the difference that the 1603 has been replaced by the 1411.
  • Figure 16 thus represents a single photon transmission device 2601.
  • FIG. 18 corresponds to FIG. 5 with the difference that the 1411 has been replaced by the 1603.
  • the laser pointer transmitting device (456, 457, 455) is replaced by the laser pointer receiving device (1606, 699).
  • the figure 18 thus represents a
  • FIG. 19 corresponds to Figure 6 with the difference that the 1603 has been replaced by the 1411.
  • the laser pointer receiving device (1606, 699) is replaced by the laser pointer transmitting device (456, 457, 455).
  • the figure 19 thus represents a
  • FIG. 20 corresponds to FIG. 9, with the single-photon transmission device 2601 or 3601 now being located in the vehicle 802 and the single-photon receiving device 2471 or 3471 now being located in the car key.
  • RAM writable non-volatile memory non-volatile read-only memory such as ROM non-volatile writable and/or non-writable manufacturer memory
  • QRNG Number generator
  • microcontroller core Data interface in particular one or more universal asynchronous receiver transmitters (UART) for supporting high-speed serial data;
  • UART universal asynchronous receiver transmitters
  • Input/output circuit wireless and/or wired data interface respective connection of the wired or wireless data transmission path, for example connection of the respective antenna of a respective wireless interface 426
  • the second single photon source includes a polarized second illuminant 464 and a second current source 463 third single photon source.
  • the third single photon source includes a polarized third illuminant 464 and a third current source 463 fourth single photon source.
  • the fourth single photon source includes a polarized fourth illuminant 464 and a fourth current source 463 fifth single photon source.
  • the fifth single photon source includes a polarized fifth illuminant 464 and a fifth current source 463
  • Projection optics of the laser pinter device Laser pointer beam for aligning the single-photon transmission device 401, 471, for example a car key
  • HMI Human Machine Interface
  • Optical output element for example one or more lamps or a screen for signaling to a user
  • Actuator for example an electromechanical vibration means
  • Single photon receiving device in particular for an internal data bus in a car
  • Read/write memory RAM writable, non-volatile memory non-volatile, read-only memory non-volatile, writable and/or non-writable manufacturer memory
  • QRNG Quantum Random Number Generator
  • UART Universal Asynchronous Receiver Transmitters
  • A/4 plates and/or polarization rotating device rotated second single photon stream third polarizing beam splitter sixth -45° polarized single photon stream
  • alignment receiver line Alignment receiver exemplary integrated circuit for use in automotive QKD systems QKD integrated circuit internal data bus 701
  • Cryptographic accelerator of the QKD integrated circuit 701 for example a
  • QKD integrated circuit 701 QKD integrated circuit 701 quantum process-based true random number generator (QRNG).
  • QRNG quantum process-based true random number generator
  • UART Universal Asynchronous Receiver Transmitters
  • 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 the single 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 the microcontroller core 716 via the internal data bus 702.
  • first received signal from the first single photon detector 777 for horizontally polarized single photons second received signal from the second single photon detector 778 for vertically polarized single photons third received signal from the third single photon detector 779 for +45° polarized single photons fourth received signal from the fourth single photon detector 780 for -45° polarized single photons first single photon detector for horizontally polarized single photons , for example a first SPAD diode second single photon detector for vertically polarized single photons, for example a second SPAD diode third single photon detector for +45° polarized single photons, for example a third SPAD diode fourth single photon detector for -45° polarized single photons, for example a fourth SPAD diode

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Abstract

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. Weiter betrifft die Erfindung eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung zum Empfangen eines von einer Einzelphotonensendevorrichtung gesendeten QKD-Kopplungsstrahls. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines gemeinsamen Quantenschlüssels für eine Einzelphotonensendevorrichtung und einer Einzelphotonenempfangsvorrichtung. Weiter betrifft die Erfindung einen Integrierter QKD-Schaltkreis. Weiter betrifft die Erfindung einen Autoschlüssel umfassend eine Einzelphotonensendevorrichtung und/oder eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung. Weiter betrifft die Erfindung ein Auto umfassend eine Einzelphotonensendevorrichtung und/oder eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung. Weiter betrifft die Erfindung eine Verwendung einer Einzelphotonensendevorrichtung und/oder einer Einzelphotonenempfangsvorrichtung für einen Datenaustausch. Weiter betrifft die Erfindung eine SPAD-Diode für ein Sensorelement eines Einzelphotonendetektors für eine Einzelphotonensendevorrichtung und/oder für eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung.

Description

Vorrichtung und Verfahren für eine Freiraum-Quantenschlüsselverteilung
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.
Weiter betrifft die Erfindung eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung zum Empfangen eines von einer Einzelphotonensendevorrichtung gesendeten QKD-Kopplungsstrahls.
Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines gemeinsamen Quantenschlüssels für eine Einzelphotonensendevorrichtung und einer Einzelphotonenempfangsvorrichtung.
Weiter betrifft die Erfindung einen Integrierter QKD-Schaltkreis.
Weiter betrifft die Erfindung einen Autoschlüssel umfassend eine Einzelphotonensendevorrichtung und/oder eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung.
Weiter betrifft die Erfindung ein Auto umfassend eine Einzelphotonensendevorrichtung und/oder eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung.
Weiter betrifft die Erfindung eine Verwendung einer Einzelphotonensendevorrichtung und/oder einer Einzelphotonenempfangsvorrichtung für einen Datenaustausch.
Weiter betrifft die Erfindung eine SPAD-Diode für ein Sensorelement eines Einzelphotonendetektors für eine Einzelphotonensendevorrichtung und/oder für eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung.
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. 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 US 5,307,410 und in dem Artikel von C. H. Bennett mit dem Titel "Quantum Cryptography Using Any Two Non-Orthogonal States", Phys. Rev. Lett. 68 3121 (1992) beschrieben.
Die Quantenkryptographie hat sich interdisziplinär zwischen den Wissenschaftsbereichen Quantenphysik, Quantenoptik, Informationstheorie, Kryptographie und Informatik entwickelt. Einen Überblick über die Grundlagen und Methoden sowie die historische Entwicklung der Quantenkryptographie bieten die Artikel von N. Gisin, G. Ribordy, W. Tittel und H. Zbinden, "Quantum Cryptography", Reviews of Modern Physics. 74, 145 (2002).
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.
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.
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.
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.
Für die Quanten- und Dienstkanäle in Quantenschlüsselverteilungssystemen sind mehrere Implementierungsoptionen möglich.
Die gebräuchlichste ist die Verwendung von getrennten physikalischen Medien zur Übertragung dieser Kommunikationskanäle. 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.
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. 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.
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.
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.
Eine weitere Möglichkeit stellt eine optische Freiraumkommunikation (FSO) QKD dar, bei der der Quantenkanal im freien Raum verläuft.
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.
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. 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.
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.
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.
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.
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.
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. 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.
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 Ansteuervorrichtung 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 Ansteuervorrichtung 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. 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 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 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 Q.KD- Kopplungsstrahls auf dem Fotodetektor zu richten.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Mikrocontrollerkern dazu eingerichtet eine Einzelphotonendichte im QKD-Kopplungsstrahl mittels des Fotodetektors zu ermitteln.
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 einer weiteren Ausgestaltung ist der Mikrocontrollerkern dazu eingerichtet jeweils eine der Einzelphotonenquellen separat zu betreiben und eine dieser Einzelphotonenquelle zugehörige Einzelphotonendichte zu erfassen.
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 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 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 einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Teilvorrichtung wenigstens ein Ä/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 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 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 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 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 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 einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens ein Taktgeneratormodul, welches dazu eingerichtet ist Systemtakte zum Betrieb einzelner Vorrichtungsteile der Einzelphotonensendevorrichtung bereitzustellen.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens ein Zeitgeber-Modul, welches dazu eingerichtet ist zeitliche Abläufe innerhalb der Einzelphotonensendevorrichtung zu steuern.
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 einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens einen quantenprozessbasierenden Generator, welcher dazu eingerichtet ist echte Zufallszahlen zu generieren.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die wenigstens eine Datenschnittstelle.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens ein Basistakterzeuger, welcher dazu eingerichtet ist dem wenigstens einen Taktgeneratormodul jeweils einen Basistakt bereitzustellen.
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 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 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 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 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 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 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 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 einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung einen Analog-Digital- Wandler, welcher dazu eingerichtet ist dem Mikrocontrollerkern zu erlauben, interne analoge Werte, wie z.B. eine Betriebsspannung und externe analoge Werte zu überwachen.
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 einer weiteren Ausgestaltung ist der wenigstens eine Mikrocontrollerkern dazu eingerichtet 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 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 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 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 einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens einen biometrischen Sensor.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung wenigstens ein Mittel für eine Identifikation einer die Einzelphotonensendevorrichtung benutzende Person.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonensendevorrichtung Ausrichthilfsmittel, insbesondere eine Laser-Pointer-Diode, zum Ausrichten der Einzelphotonensendevorrichtung gegenüber einer Einzelphotonenempfangsvorrichtung auf.
Die erfindungsgemäße Einzelphotonenempfangsvorrichtung zum Empfangen eines von einer wie oben beschriebenen erfindungsgemäßen Einzelphotonensendevorrichtung gesendeten Q.KD- 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 Q.KD- Kopplungsstrahl der Einzelphotonensendevorrichtung zu erfassen.
Insbesondere umfasst die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens einen Mikrocontrollerkern.
Insbesondere umfasst die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens einen internen Datenbus.
In einer Ausgestaltung ist der Mikrocontrollerkern der Einzelphotonenempfangsvorrichtung dazu eingerichtet ist über den internen Datenbus der Einzelphotonenempfangsvorrichtung eine interne Datenkommunikation abzuwickeln.
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 einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens einen beschreibbaren nicht flüchtigen Speicher auf.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens einen nicht flüchtigen, reinen Lese-Speicher auf.
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 einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens einen nicht flüchtigen, beschreibbaren und/oder nicht beschreibbaren Hersteller-Speicher auf.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens einen Kryptografie-Beschleuniger auf.
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 einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens ein CRC- Modul (Cyclic Redundancy Check) auf.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens ein Taktgeneratormodul auf.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens ein Zeitgeber-Modul, welches dazu eingerichtet ist zeitliche Abläufe innerhalb der Einzelphotonenempfangsvorrichtung zu steuern.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens eine Sicherheitsüberwachungsschaltung und Sicherheitssteuerungsschaltung auf, welche dazu eingerichtet ist eine Integrität der Einzelphotonenempfangsvorrichtung zu überwachen und ggf.
Gegenmaßnahmen bei einem Angriff zu initiieren.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens einen quantenprozessbasierenden Generator für echte Zufallszahlen auf.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens eine Datenschnittstell auf, welche dazu eingerichtet ist eine Datenkommunikation mit anderen Rechnersystemen durchzuführen.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens einen Basistakterzeuger.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung wenigstens eine Rücksetzschaltung auf.
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 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 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 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 einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Rücksetzschaltung der Einzelphotonenempfangsvorrichtung einen 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 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 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 einer weiteren Ausgestaltung weist die Einzelphotonenempfangsvorrichtung eine
Auswerteschaltung auf.
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 Q.KD- 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 Ä/4-Plättchen und/oder eine Polarisationsdrehvorrichtung.
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 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 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.
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.
Ein erfindungsgemäßer Integrierter QKD-Schaltkreis umfasst eine wie oben beschriebene Einzelphotonensendevorrichtung und/oder eine wie oben beschriebene Einzelphotonenempfangsvorrichtung.
Ein erfindungsgemäßer Autoschlüssel umfasst eine oben beschriebene Einzelphotonensendevorrichtung und/oder eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung, wie oben beschrieben.
Ein erfindungsgemäßes Auto umfasst eine Einzelphotonensendevorrichtung, wie oben beschrieben, und/oder eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung, wie oben beschrieben. 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.
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.
Insbesondere umfasst die erfindungsgemäße SPAD-Diode wenigstens ein metalloptischer Filter, und wenigstens ein optisch transparenter Schlitz in dem metalloptischen 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.
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.
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.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Merkmale und Funktionen der Erfindung sind in Zusammenhang mit den in den Figuren gezeigten Beispielen erklärt.
Hierbei zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines optischen Systems eines QKD-Empfängers gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines optischen Systems einer Q.KD- Einzelphotonensendevorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines weiteren optischen Systems einer Q.KD- Einzelphotonensendevorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einzelphotonensendevorrichtung in einer ersten Ausführungsform;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einzelphotonensendevorrichtung in einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einzelphotonenempfangsvorrichtung;
Fig. 7 ein schematisches Blockschaltbild eines beispielhaften integrierten Schaltkreises für die Verwendung als integrierter QKD-Schaltkreis in automobilen QKD Systemen;
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Kopplung einer erfindungsgemäßen Einzelphotonensendevorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Einzelphotonenempfangsvorrichtung mittels eines QKD-Kopplungsstrahls;
Fig. 9 schematische Darstellung einer Nutzung eines Laser-Pointer-Strahls zur Ausrichtung der erfindungsgemäßen Einzelphotonensendevorrichtung auf die erfindungsgemäße Einzelphotonenempfangsvorrichtung;
Fig.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;
Fig. 11 schematische Darstellung eines beispielhaften Zusammenwirkens zwischen einem Software- Update-Gerät umfassend die erfindungsgemäße Einzelphotonensendevorrichtung und einem Auto umfassend die erfindungsgemäße Einzelphotonenempfangsvorrichtung;
Fig. 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;
Fig. 13 schematische Darstellung eines beispielhaften Zusammenwirkens zwischen zwei Autos umfassend eine erfindungsgemäße Einzelphotonensendevorrichtung und eine erfindungsgemäße Einzelphotonenempfangsvorrichtung;
Fig. 14 schematische Darstellung einer beispielhaften SPAD-Diode für den Einsatz als Sensorelement eines Einzelphotonendetektors einer erfindungsgemäßen Einzelphotonensendevorrichtung und/oder einer erfindungsgemäßen Einzelphotonenempfangsvorrichtung; und
Fig. 15 eine schematische Darstellung eines metalloptischen Filters mit metalloptischen Teilfiltern für ein SPAD-Dioden-Array von SPAD-Dioden gemäß Fig. 14.
Figur 1 zeigt eine schematische und vereinfachte Darstellung eines optischen Systems eines Q.KD- Empfängers 101 gemäß dem Stand der Technik, wobei der QKD-Empfänger ein Einzelphotonenempfänger 101 ist.
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 eine horizontale Polarisation aufweisen, auf einen ersten Einzelphotonendetektor 176 für horizontal polarisierte Einzelphotonen und die Photonen des Lichts im ersten Signalpfad 1604, die eine vertikale Polarisation aufweisen, auf einen zweiten Einzelphotonendetektor 177 für vertikal polarisierte Einzelphotonen. Ein X/4-Plätchen 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 179, und die +45° polarisierten Einzelphotonen des Lichts im gedrehten zweiten Signalpfad 189 auf einen dritten Einzelphotonendetektor 178.
Auf diese Weise kann der vorschlagsgemäße Einzelphotonenempfänger 101 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.
Figur 2 zeigt eine schematische und vereinfachte Darstellung eines optischen Systems einer Q.KD- Einzelphotonensendevorrichtung 201 gemäß dem Stand der Technik.
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 X/4-Plättchen 288 passieren. Dieses X/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 239 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. 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.
Figur 3 zeigt eine andere Möglichkeit zur Zusammenmischung von Einzelphotonen unterschiedlich polarisierter Einzelphotonenquellen 336 bis 339 zu einem gemeinsamen Strahl 102 von Einzelphotonen gemäß dem Stand der Technik.
In dem Beispiel der Figur 3 sind beispielhaft n=4 Einzelphotonenquellen um die Systemachse herum angeordnet. Die Systemachse ist bevorzugt im Wesentlichen gleich der optischen Achse des Stroms 102 der Einzelphotonen. Die jeweilige optische Abstrahlachse der jeweiligen Einzelphotonenquellen 336 bis 339 sind senkrecht zur Systemachse des Strahls 102 der Einzelphotonen angeordnet. Die jeweiligen optischen Abstrahlachsen der jeweiligen Einzelphotonenquellen 336 bis 339 liegen bevorzugt im Wesentlichen in einer Ebene, die senkrecht zur Systemachse des Strahls 102 der Einzelphotonen angeordnet ist. Die jeweiligen optischen Abstrahlachsen der jeweiligen Einzelphotonenquellen 336 bis 339 kreuzen sich bevorzugt im Wesentlichen im einem Kreuzungspunkt. Ein beispielhafter kegelförmiger Spiegel 1301 besitzt eine spiegelnde Oberfläche in Form eines Kegels und eine rotatorische Symmetrieachse. Die rotatorische Symmetrieachse des kegelförmigen Spiegels 1301 ist bevorzugt im Wesentlichen parallel und im Wesentlichen deckungsgleich zur Systemachse angeordnet. Der Kreuzungspunkt der jeweiligen optischen Abstrahlachsen der jeweiligen Einzelphotonenquellen 336 bis 339 liegt bevorzugt im Wesentlichen auf der Systemachse und im Wesentlichen auf der rotatorischen Symmetrieachse des kegelförmigen Spiegels 1301 und typischerweise innerhalb des kegelförmigen Spiegels 1301. Die n=4 jeweiligen optischen Abstrahlachsen der jeweiligen Einzelphotonenquellen 336 bis 339 unterscheiden sich voneinander durch einen Winkel von (k-l)/(2*n)*360° Hierbei ist k die Nummer der jeweiligen Einzelphotonenquelle 336 bis 339. In dem Beispiel der Figur 3 ist n=4 gewählt. Daher unterscheiden sich die Winkel der jeweiligen optischen Abstrahlachsen der jeweiligen Einzelphotonenquellen 336 bis 339 um 45° gegenüber den jeweiligen optischen Abstrahlachsen der jeweils direkt benachbarten Einzelphotonenquellen der Einzelphotonenquellen 336 bis 339. Andere Zahlen von Einzelphotonenquellen sind möglich. Beispielsweise sind 8 oder 16 Einzelphotonenquellen denkbar. Bevorzugt ist n>2. Besser ist n>4. Ein Raumfilter 1302 eliminiert leichte Schwankungen der Photonendichte pro Zeiteinheit in Abhängigkeit von dem ein Einzelphoton aussendenden Einzelphotonensender 336 bis 339. Das Raumfilter 1302 besteht in dem Beispiel der Figur 3 aus einer ersten Lochblende 344 und einer zweite, davon beabstandeten Lochblende 345. Durch die Anordnung der der n Einzelphotonenquellen in einer Anordnungsebene senkrecht zur Strahlachse des Stroms 102 der Einzelphotonen und durch die Verdrehung der optischen Abstrahlachsen der Einzelphotonenquellen um (k-l)/(2*n) *360° zueinander kann die vorgestellte Vorrichtung eine quantisierte Modulation der Polarisation der Einzelphotonen in Schritten von (k-l)/(2*n) *360° vornehmen. Der kegelförmige Spiegel 1301 lenkt dabei die Einzelphotonen der jeweiligen Einzelphotonenquellen 336 bis 339, deren jeweilige Abstrahlachsen in der Anordnungsebene unterschiedlich ausgerichtet sind, in die gemeinsame Strahlrichtung der Strahlachse der Einzelphotonen 102 um. Ggf. auftretende kleinere Einzelphotonenquellen spezifisch Abweichungen eliminiert das Raumfilter 1302.
Figur 4 zeigt schematisch vereinfacht eine beispielhafte erfindungsgemäße Einzelphotonensendevorrichtung 401 am Beispiel eines Autoschlüsselsystems 401 ohne Ausrichthilfsmittel für ein Auto.
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 die Einzelphotonensendevorrichtung 401 bevorzugt ein oder mehrere nicht flüchtige, reine Lese-Speicher 405, wie beispielsweise ein ROM 405, auf. Diese Lese-Speicher 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 Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 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.
Figur 4 zeigt beispielhaft und schematisch das Blockschaltbild eines beispielhaften Systems für die Verwendung der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 beispielsweise in automobilen Autoschlüsseln. Figur. 4 zeigt ein Diagramm eines Beispiels für eine beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401. Die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 umfasst beispielsweise Speicherelemente, die mit einem internen Datenbus 402 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 verbunden sind. Die Speicherelemente der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 können beispielsweise ein oder mehrere Schreib/Lese-Speicher RAM 403, ein oder mehrere beschreibbare nicht flüchtige Speicher wie beispielsweise EEPROM- Speicher 404 oder Flash-Speicher 404 oder OTP-Speicher 404 umfassen. Des Weiteren umfasst die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 bevorzugt einen oder mehrere nicht flüchtige, reine Lese-Speicher 405, wie beispielsweise ein ROM. Außerdem umfasst die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 bevorzugt einen oder mehrere nicht flüchtige, beschreibbare und/oder nicht beschreibbare Hersteller-Speicher 406. Im Falle eines nicht beschreibbaren Hersteller- Speichers kann der Hersteller-Speicher 406 ein Hersteller-ROM sein. Bevorzugt umfasst das HerstellerROM 406 die Boot-Software für den Mikrocontrollerkern 416 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401. Die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 umfasst beispielsweise einen oder mehrere Kryptografie-Beschleuniger 407, beispielsweise einen DES- Beschleuniger und/oder einen AES-Beschleuniger 407, die bevorzugt über den internen Datenbus 402 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401mit dem Mikrocontrollerkern 416 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 verbunden sind. Zum Beispiel können eine oder mehrere Hersteller-Speicher-Firewalls 408 zwischen dem Hersteller-Speicher 406 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 und dem internen Datenbus 402 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 vorgesehen sein. Die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 umfasst beispielsweise vorzugsweise Verarbeitungsmodule der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401, die über den internen Datenbus 402 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 mit dem Mikrocontrollerkern 416 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 kommunizieren. Die Verarbeitungsmodule der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 umfassen bevorzugt mindestens eines der folgenden Module: ein CRC-Modul (Cyclic Redundancy Check) 411 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401, ein Taktgeneratormodul 412 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401, ein oder mehrere Zeitgeber-Module 413 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401, eine Sicherheitsüberwachungs- und -Steuerungsschaltung 414 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401, einen oder mehrere bevorzugt quantenprozessbasierende Generator für echte Zufallszahlen (Englisch: Quantum Random Number Generator: QRNG) 415 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401, einen oder mehrere 8/16/32/15-Bit-Microkontrollerkerne 416 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 und einer oder mehrere Datenschnittstellen 417 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401, insbesondere einer oder mehreren Universellen Asynchronen Receiver Transmittern (UART) zur Unterstützung serieller Hochgeschwindigkeitsdaten. Zu den weiteren Schaltungsteilen der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 gehören beispielsweise eine oder mehrere Basistakterzeugungen 421 (CLK) und/oder eine oder mehrere Taktgeneratormodule 412, eine Rücksetzschaltung 422, eine Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltung 423 mit Spannungsreglern, die die Betriebsspannung bereitstellen, eine Masseschaltung 424 und eine Eingangs-/Ausgangsschaltung 425. Bevorzugt ist die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 so konfiguriert, dass sie eine sichere Authentifizierung ermöglicht. So speichert die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 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 eines Autos 802, mit denen der Mikrokontrollerkern 416 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 über eine Datenschnittstelle der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401 kommuniziert. Daneben kann die beispielhafte Einzelphotonensendevorrichtung 401 weitere Anwendungsdaten speichern.
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. 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 Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 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 Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 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 Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 414 der beispielhaften Einzelphotonensendevorrichtung 401. Die eine oder mehrere Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 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 Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 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 Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 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 Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 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 Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 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 Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 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 Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 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.
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.
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 416 und 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.
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 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 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 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 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 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.
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 Ansteuervorrichtung 429 für die Einzelphotonenquellen 436, 437, 438, 439, 440. Der Mikrocontrollerkern 416 steuert die Ansteuervorrichtung 429 über den internen Datenbus 402. Der Mikrocontrollerkern 416 kann dazu Konfigurationsdaten der Ansteuervorrichtung 429 mittels des internen Datenbusses 402 zur Ansteuervorrichtung 429 übertragen und Statusinformationen der Ansteuervorrichtung 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 Ansteuervorrichtung 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.
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 Stromquelle 463 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.
Der Mikrocontrollerkern 416 steuert die Ansteuervorrichtung 429 bevorzugt über den internen Datenbus 402. Der Mikrocontrollerkern 416 tauscht bevorzugt mit der Ansteuervorrichtung 429 Daten über den internen Datenbus 402 aus. 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 Ansteuervorrichtung 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.
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 Ansteuervorrichtung 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.
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 Ansteuervorrichtung 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.
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 Ansteuervorrichtung 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.
In dem Beispiel der Figur 4 verfügt die Einzelphotonensendevorrichtung 401 über fünf Einzelphotonenquellen 436 bis 440. In den bevorzugten Konfigurationen umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung nur über 4 Einzelphotonenquellen 436 bis 439. Das Beispiel der Figur 4 soll nur verdeutlichen, dass die Einzelphotonensendevorrichtung 401 mehr als vier Einzelphotonenquellen 436 bis 440 umfassen kann. Bevorzugt umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung 401 n Einzelphotonenquellen 436 bis 440, die in Abhängigkeit von der Steuerung durch die Ansteuervorrichtung 429 Einzelphotonen in den QKD-Kopplungsstrahl 452 einspeisen. Typischerweise speist jede dieser n Einzelphotonenquellen die von ihr emittierten Einzelphotonen mit einer anderen Polarisationsrichtung in den QKD-Kopplungsstrahl 452 ein. Die Einzelphotonenquellen der Einzelphotonensendevorrichtung 401 können von 1 bis n mit einer Einzelphotonenquellennummer k durchnummeriert werden. Die Polarisationsrichtung der Einzelphotonen einer Einzelphotonenquelle mit der Einzelphotonenquellennummer k ist vorzugsweise gegenüber der Polarisationsrichtung der Einzelphotonen einer Einzelphotonenquelle mit der Einzelphotonenquellennummer 1 um 360°*(k-l)/(2*n) gedreht. Besonders bevorzugt ist die Anzahl n der Einzelphotonenquellen der Einzelphotonensendevorrichtung 401 eine Potenz von 2. Es sollte als bevorzugt n=2(m -1) mit meN gelten. Die korrespondierende Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 (s. Fig. 6) sollte dann eine entsprechende Anzahl an Einzelphotonendetektoren 677 bis 680 aufweisen (siehe beispielsweise Figur 6 für beispielhaft n=4). Insofern sind die Beispiele der Figuren 4 und 5 mit n=5 nur beispielhaft.
In den Beispielen der Figuren 4 und 5 umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung 401 daher noch eine fünfte Steuerleitung 435. Die fünfte Steuerleitung 435 verbindet die Ansteuervorrichtung 429 mit der fünften Stromquelle 463 der fünften Einzelphotonenquelle 440. Über die fünfte Steuerleitung 435 für die fünfte Stromquelle 463 der fünften Einzelphotonenquelle 440 steuert die Ansteuervorrichtung 429 den elektrischen Strom durch die fünfte Stromquelle 463 der fünften Einzelphotonenquelle 440. Damit steuert die Ansteuervorrichtung 429 den elektrischen Strom durch das fünfte Leuchtmittel 464 der fünften Einzelphotonenquelle 440 mittels der fünften Steuerleitung 435. Auf diese Weise steuert die Ansteuervorrichtung 429 das polarisierte fünfte Leuchtmittel 464 der fünften Einzelphotonenquelle 440. Das fünfte Leuchtmittel 464 der fünften Einzelphotonenquelle 440 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 fünfte Steuerleitung 435 ggf. auch Statusdaten und/oder Messwerte und/oder andere Zustandsparameter in digitaler oder analoger Form der fünften Einzelphotonenquelle 440 und derer Teilvorrichtungen über die Ansteuervorrichtung 429 für die Einzelphotonenquellen 436, 437, 438, 439, 440 an den Mikrocontrollerkern 416 zurück. Die fünfte Steuerleitung 435 kann ein oder mehrere digitale oder analoge Signalleitungen umfassen.
Die Einzelphotonensendevorrichtung 401 kann n Einzelphotonenquellen mit n als ganzer positiver Zahl größer 1 aufweisen. Dieser allgemeine fall ist in den Figuren 4 und 5 nicht dargestellt. Eine fachlich kompetente Person wird aber aufgrund der hier vorgestellten Beispiele diesen Fall leicht nacharbeiten können. In einem solchen Fall umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung 401 daher noch eine n-te Steuerleitung. Die n-te Steuerleitung verbindet 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 435 ggf. auch Statusdaten und/oder Messwerte und/oder andere Zustandsparameter in digitaler oder analoger Form der n-ten Einzelphotonenquelle und derer Teilvorrichtungen über die Ansteuervorrichtung 429 für die Einzelphotonenquellen an den Mikrocontrollerkern 416 zurück. Die n-te Steuerleitung kann ein oder mehrere digitale oder analoge Signalleitungen umfassen.
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 Ansteuervorrichtung 429 für die Einzelphotonenquellen mit k=l bis n an den Mikrocontrollerkern 416 zurück. Die n-te Steuerleitung kann ein oder mehrere digitale oder analoge Signalleitungen umfassen.
Die erste Einzelphotonenquelle 436 umfasst typischerweise ein polarisiertes erstes Leuchtmittel 464 und eine erste Stromquelle 463. Zur besseren Übersicht sind diese Vorrichtungsteile in den Figuren 4 und 5 verdeckt gezeichnet. Sie entsprechen der Darstellung für die fünfte Einzelphotonenquelle 440. Die erste Stromquelle 463 bestromt das erste Leuchtmittel 464 der ersten Einzelphotonenquelle 436 so kurz und mit so geringer Energie, dass das erste Leuchtmittel 464 der ersten Einzelphotonenquelle 436 im Wesentlichen nur einzelne, räumlich und zeitlich voneinander getrennte Photonen aussendet. Bevorzugt ist diese Bestromung des ersten Leuchtmittels 464 der ersten Einzelphotonenquelle 436 durch die erste Stromquelle 463 der ersten Einzelphotonenquelle 436 kürzer als Ins, besser kürzer als 500ps, besser kürzer als 200ps, besser kürzer als lOOps, besser kürzer als 50ps, besser kürzer als 20ps, besser kürzer als lOps, besser kürzer als 5ps, besser kürzer als 2ps, besser kürzer als lps. Ganz besonders bevorzugt ist diese Bestromung des ersten Leuchtmittels 464 der ersten Einzelphotonenquelle 436 durch die erste Stromquelle 463 der ersten Einzelphotonenquelle 436 kürzer als lOps.
Die zweite Einzelphotonenquelle 437 umfasst typischerweise ein polarisiertes zweites Leuchtmittel 464 und eine zweite Stromquelle 463. Zur besseren Übersicht sind diese Vorrichtungsteile in den Figuren 4 und 5 verdeckt gezeichnet. Sie entsprechen der Darstellung für die fünfte Einzelphotonenquelle 440. Die zweite Stromquelle 463 bestromt das zweite Leuchtmittel 464 der zweiten Einzelphotonenquelle 437 so kurz und mit so geringer Energie, dass das zweite Leuchtmittel 464 der zweiten Einzelphotonenquelle 437 im Wesentlichen nur einzelne, räumlich und zeitlich voneinander getrennte Photonen aussendet. Bevorzugt ist diese Bestromung des zweiten Leuchtmittels 464 der zweiten Einzelphotonenquelle 437 durch die zweite Stromquelle 463 der zweiten Einzelphotonenquelle 437 kürzer als Ins, besser kürzer als 500ps, besser kürzer als 200ps, besser kürzer als lOOps, besser kürzer als 50ps, besser kürzer als 20ps, besser kürzer als lOps, besser kürzer als 5ps, besser kürzer als 2ps, besser kürzer als lps. Ganz besonders bevorzugt ist diese Bestromung des zweiten Leuchtmittels 464 der zweiten Einzelphotonenquelle 437 durch die zweite Stromquelle 463 der zweiten Einzelphotonenquelle 437 kürzer als lOps.
Die dritte Einzelphotonenquelle 438 umfasst typischerweise ein polarisiertes drittes Leuchtmittel 464 und eine dritte Stromquelle 463. Zur besseren Übersicht sind diese Vorrichtungsteile in den Figuren 4 und 5 verdeckt gezeichnet. Sie entsprechen der Darstellung für die fünfte Einzelphotonenquelle 440. Die dritte Stromquelle 463 bestromt das dritte Leuchtmittel 464 der dritten Einzelphotonenquelle 438 so kurz und mit so geringer Energie, dass das dritte Leuchtmittel 464 der dritten Einzelphotonenquelle 438 im Wesentlichen nur einzelne, räumlich und zeitlich voneinander getrennte Photonen aussendet. Bevorzugt ist diese Bestromung des dritten Leuchtmittels 464 der dritten Einzelphotonenquelle 438 durch die dritte Stromquelle 463 der dritten Einzelphotonenquelle 438 kürzer als Ins, besser kürzer als 500ps, besser kürzer als 200ps, besser kürzer als lOOps, besser kürzer als 50ps, besser kürzer als 20ps, besser kürzer als lOps, besser kürzer als 5ps, besser kürzer als 2ps, besser kürzer als lps. Ganz besonders bevorzugt ist diese Bestromung des dritten Leuchtmittels 464 der dritten Einzelphotonenquelle 438 durch die dritte Stromquelle 463 der dritten Einzelphotonenquelle 438 kürzer als lOps.
Die vierte Einzelphotonenquelle 439 umfasst typischerweise ein polarisiertes viertes Leuchtmittel 464 und eine vierte Stromquelle 463. Zur besseren Übersicht sind diese Vorrichtungsteile in den Figuren 4 und 5 verdeckt gezeichnet. Sie entsprechen der Darstellung für die fünfte Einzelphotonenquelle 440. Die vierte Stromquelle 463 bestromt das vierte Leuchtmittel 464 der vierten Einzelphotonenquelle 439 so kurz und mit so geringer Energie, dass das vierte Leuchtmittel 464 der vierten Einzelphotonenquelle 439 im Wesentlichen nur einzelne, räumlich und zeitlich voneinander getrennte Photonen aussendet. Bevorzugt ist diese Bestromung des vierten Leuchtmittels 464 der vierten Einzelphotonenquelle 439 durch die vierte Stromquelle 463 der vierten Einzelphotonenquelle 439 kürzer als Ins, besser kürzer als 500ps, besser kürzer als 200ps, besser kürzer als lOOps, besser kürzer als 50ps, besser kürzer als 20ps, besser kürzer als lOps, besser kürzer als 5ps, besser kürzer als 2ps, besser kürzer als lps. Ganz besonders bevorzugt ist diese Bestromung des vierten Leuchtmittels 464 der vierten Einzelphotonenquelle 439 durch die vierte Stromquelle 463 der vierten Einzelphotonenquelle 439 kürzer als lOps.
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 Ins, besser kürzer als 500ps, besser kürzer als 200ps, besser kürzer als lOOps, besser kürzer als 50ps, besser kürzer als 20ps, besser kürzer als lOps, besser kürzer als 5ps, besser kürzer als 2ps, besser kürzer als lps. 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 lOps.
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 Ins, besser kürzer als 500ps, besser kürzer als 200ps, besser kürzer als lOOps, besser kürzer als 50ps, besser kürzer als 20ps, besser kürzer als lOps, besser kürzer als 5ps, besser kürzer als 2ps, besser kürzer als lps. 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 lOps. In dem Beispiel der Figuren 4 und 5 vereinigt eine optische Teilvorrichtung der Einzelphotonensendevorrichtung 401 die jeweiligen Einzelphotonenströme der Einzelphotonenquellen 336 bis 440 zu einem QKD-Kopplungsstrahl 452 aus polarisationsmodulierten Einzelphotonen. In dem Beispiel der Figuren 4 und 5 ist diese optische Teilvorrichtung ein kegelförmiger Spiegel 1408. In dem Beispiel der Figuren 4 und 5 strahlen die Einzelphotonenquellen 436 bis 440 polarisierte Einzelphotonen mit einer jeweiligen, Einzelphotonenquellen spezifischen Polarisationsrichtung ab. Die Einzelphotonenquellen 436 bis 440 strahlen die Einzelphotonen mit einem Richtungsvektor einer jeweiligen Abstrahlachse ab, die im Wesentlichen in einer gemeinsamen Abstrahlebene liegen. Diese gemeinsamen Abstrahlebene ist im Wesentlichen bevorzugt senkrecht zur Systemachse der Einzelphotonensendevorrichtung 401 angeordnet. Bevorzugt liegen die Polarisationsrichtungen der Einzelphotonenquellen in der gemeinsamen Abstrahlebene. Die Abstrahlachsen der n Einzelphotonenquellen liegen in der Abstrahlebenen und schneiden sich bevorzugt in einem Punkt in der gemeinsamen Abstrahlebene. Typischerweise ist die Abstrahlachse einer k-ten Einzelphotonenquelle gegenüber der ersten Einzelphotonen Quelle 436 um (k- l)/(2*n)*360° verdreht. Typischerweise ist die Systemachse der Einzelphotonenabstrahlvorrichtung 401 im Wesentlichen gleich der optischen Achse des QKD-Kopplungsstrahls 452. Eine erste Lochblende 444 und eine zweite Lochblende 445 bilden einen Raumfilter 1302, der verhindert, dass die typischerweise durch Fertigungsschwankungen nicht perfekten Positionierungen der Einzelphotonenquellen 436 bis 440 von außen erfasst und für einen Angriff genutzt werden können. Die Kegelachse des kegelförmigen Spiegels 1408 durchstößt die gemeinsame Abstrahlebene bevorzugt im Wesentlichen am Schnittpunkt der Abstrahlachsen der Einzelphotonenquellen in der gemeinsamen Abstrahlebene. Hierdurch spiegelt der kegelförmige Spiegel 1408 die Einzelphotonen aus den verschiedenen Abstrahlachsen der verschiedenen Einzelphotonenquellen in Richtung einer gemeinsamen Systemachse, die im Wesentlichen der optischen Achse des QKD-Kopplungsstrahls 452 entspricht. Eine optionale erste Linse 446 und eine optionale zweite Linse 447 verbessern die optische Ausrichtung des QKD-Kopplungsstrahls 452. Die erste Linse 446 und die zweite Linse 447 bilden zusammen ein Teleskop, dass den Strahl der Einzelphotonen erst zu dem Strahl des QKD- Kopplungsstrahls 452 fokussiert.
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 Q.KD- 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-lnk-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.
Die Figur 5 entspricht weitestgehend der Figur 4. Nun jedoch weist die Einzelphotonensendevorrichtung 471 Ausrichthilfsmittel (456, 457, 460, 455, 459, 461) zum Ausrichten der Einzelphotonensendevorrichtung 471 gegenüber der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 (Siehe Figur 6) auf. Die Einzelphotonensendevorrichtung 471 umfasst typischerweise eine Spannungsversorgung 456 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. Typischerweise weist die Einzelphotonensendevorrichtung 471 eine Steuervorrichtung 457 für die Stromquelle 460 der Laser- Pointer-Diode 459 auf, die den Wert des elektrischen Stroms durch die Laser-Pointer-Diode steuert. Der Mikrocontrollerkern 416 der Einzelphotonensendevorrichtung 401 steuert beispielsweise über den internen Datenbus 402 die Steuervorrichtung 457. 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 460 der Laser- Pointer-Diode 459 stellt den Betriebsstrom durch die Laser-Pinter-Diode 459 in Abhängigkeit von den Signalisierungen der Steuervorrichtung 457 für die Stromquelle 460 der Laser-Pinter-Diode 459 ein. Eine Projektionsoptik 461 der Laser-Pinter-Vorrichtung verbessert die Strahlqualität des Laser-Pointer- Strahls 462 zur Ausrichtung des Autoschlüssels.
Figur 6 zeigt schematisch vereinfacht eine beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 am Beispiel eines Autos 802.
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 Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 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. 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 Stromversorgungsoder 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.
Figur 6 zeigt beispielhaft und schematisch das Blockschaltbild eines beispielhaften Systems für die Verwendung der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 beispielsweise in automobilen Schließsystemen in Autos. Figur. 6 zeigt ein Diagramm eines Beispiels für eine beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601. Die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfasst beispielsweise Speicherelemente, die mit einem internen Datenbus 602 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 verbunden sind. Die Speicherelemente der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 können beispielsweise ein oder mehrere Schreib/Lese- Speicher RAM 603, ein oder mehrere beschreibbare nicht flüchtige Speicher wie beispielsweise EEPROM-Speicher 604 oder Flash-Speicher 604 oder OTP-Speicher 604 umfassen. Des Weiteren umfasst die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 bevorzugt einen oder mehrere nicht flüchtige, reine Lese-Speicher 605, wie beispielsweise ein ROM. Außerdem umfasst die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 bevorzugt einen oder mehrere nicht flüchtige, beschreibbare und/oder nicht beschreibbare Hersteller-Speicher 606. Im Falle eines nicht beschreibbaren Hersteller-Speichers kann der Hersteller-Speicher 606 ein Hersteller-ROM sein.
Bevorzugt umfasst das Hersteller-ROM 606 die Boot-Software für den Mikrocontrollerkern 416 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601. Die beispielhafte
Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfasst beispielsweise einen oder mehrere Kryptografie-
Beschleuniger 607, beispielsweise einen DES-Beschleuniger und/oder einen AES-Beschleuniger 607, die bevorzugt über den internen Datenbus 602 der beispielhaften
Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 mit dem Mikrocontrollerkern 616 der beispielhaften
Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 verbunden sind. Zum Beispiel können eine oder mehrere
Hersteller-Speicher-Firewalls 608 zwischen dem Hersteller-Speicher 606 der
Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 und dem internen Datenbus 602 der
Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 vorgesehen sein. Die beispielhafte
Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfasst beispielsweise vorzugsweise Verarbeitungsmodule der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601, die über den internen Datenbus 602 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 mit dem Mikrocontrollerkern 616 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 kommunizieren. Die Verarbeitungsmodule der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfassen bevorzugt mindestens eines der folgenden Module: ein CRC-Modul (Cyclic Redundancy Check) 611, ein Taktgeneratormodul 612, ein oder mehrere Zeitgeber-Module 613, eine Sicherheitsüberwachungs- und -Steuerungsschaltung 614, einen oder mehrere bevorzugt quantenprozessbasierende Generatoren für echte Zufallszahlen (Englisch: Quantum Random Number Generator: QRNG) 615, einen oder mehrere 8/16/32/15-Bit- Microkontrollerkerne 616 und einer oder mehrere Datenschnittstellen 617, insbesondere einer oder mehreren Universellen Asynchronen Receiver Transmittern (UART) zur Unterstützung serieller Hochgeschwindigkeitsdaten. Zu den weiteren Schaltungsteilen der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 gehören beispielsweise eine -eine oder mehrere Basistakterzeugungen 620 (CLK) und/oder eine oder mehrere Taktgeneratormodule 612, eine Rücksetzschaltung 622, eine Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltung 623 mit Spannungsreglern, die die Betriebsspannung bereitstellen, eine Masseschaltung 624 und eine Eingangs-/Ausgangsschaltung 625. Bevorzugt ist die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 so konfiguriert, dass sie eine sichere Authentifizierung ermöglicht. So speichert die beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 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 eines Autos 802, mit denen der Mikrokontrollerkern 616 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 über eine Datenschnittstelle der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 kommuniziert. Daneben kann die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 weitere Anwendungsdaten speichern.
Bevorzugt umfasst die beispielhafte Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 beispielsweise einen Mikrocontrollerkern 616, der so konfiguriert ist, dass er die sichere Authentifizierung eines Produkts erleichtert.
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.
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.
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.
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 Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 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 Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 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.
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 Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 614 der beispielhaften Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601. Die eine oder mehrere Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 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 Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 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 Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 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 Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 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 Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 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 Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 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 Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 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: Q.RNG) 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.
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. 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 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 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 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 Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 614, sowie, ein oder mehrere Datenschnittstellen, insbesondere einen Universellen Asynchronen Receiver Transmitter (UART) 617.
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 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 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.
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-l)/(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 l<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 677 für horizontal polarisierte Einzelphotonen ist so in die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 integriert, dass der erste Einzelphotonendetektor 677 für horizontal polarisierte Einzelphotonen 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 einen zweiten polarisierenden Strahlteiler 684 als mikrointegriertes mikrooptisches Funktionselement und einen zweiten Einzelphotonendetektor 678 umfassen. Der erste Einzelphotonendetektors 677 wandelt die empfangenen Einzelphotonen des dritten horizontal polarisierten Einzelphotonenstroms 685 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;
Ein erstes Empfangssignal 673 des ersten Einzelphotonendetektors 677 für horizontal polarisierte Einzelphotonen 677 signalisiert der Auswerteschaltung 672 den Empfang von Einzelphotonen.
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 678 für vertikal polarisierte Einzelphotonen 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 678 für vertikal polarisierte Einzelphotonen 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.
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 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.
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 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.
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.
In dem im zweiten Einzelphotonenstrom 687 ist bevorzugt ein A/4 Plättchen und/oder eine Polarisationsdrehvorrichtung 688. Das A/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.
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.
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 IC-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.
Die jeweiligen Teilvorrichtungen zum Senden und Empfangen des QKD-Kopplungsstrahls 452 der Einzelphotonensendevorrichtung 471 der Fig. 5 und der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 der Fig. 6 können beliebig miteinander vertauscht und kombiniert werden. Figur 7 zeigt beispielhaft und schematisch das Blockschaltbild eines beispielhaften integrierten Schaltkreises für die Verwendung als integrierter QKD-Schaltkreis 701 in automobilen QKD Systemen. 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. Figur. 7 zeigt ein Diagramm eines Beispiels für einen integrierte QKD-Schaltkreis 701. Der integrierte QKD-Schaltkreis 701 enthält beispielsweise Speicherelemente, die mit einem internen Datenbus 702 verbunden sind. Die Speicherelemente können beispielsweise ein oder mehrere Schreib/Lese-Speicher RAM 703, ein oder mehrere beschreibbare nicht flüchtige Speicher wie beispielsweise EEPROM-Speicher 704 oder Flash-Speicher 704 oder OTP-Speicher 704 umfassen. Des Weiteren umfasst der integrierte QKD-Schaltkreis 701 bevorzugt einen oder mehrere nicht flüchtige, reine Lese-Speicher 705, wie beispielsweise ein ROM. Außerdem umfasst der integrierte QKD- Schaltkreis 701 bevorzugt einen oder mehrere nicht flüchtige, beschreibbare und/oder nicht beschreibbare Hersteller-Speicher 706. Im Falle eines nicht beschreibbaren Hersteller-Speichers kann der Hersteller-Speicher 706 ein Hersteller-ROM sein. Bevorzugt umfasst das Hersteller-ROM 706 die Boot-Software für den Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Der integrierte QKD-Schaltkreis 701 umfasst beispielsweise einen oder mehrere Kryptografie-Beschleuniger 707, beispielsweise einen DES-Beschleuniger und/oder einen AES-Beschleuniger 707, die bevorzugt über den internen Datenbus 702 mit dem Mikrocontrollerkern 716 verbunden sind. Zum Beispiel können eine oder mehrere Hersteller-Speicher-Firewalls 708 zwischen dem Hersteller-Speicher 706 und dem internen Datenbus 702 vorgesehen sein. Der integrierte QKD-Schaltkreis 701 umfasst beispielsweise vorzugsweise Verarbeitungsmodule, die über den internen Datenbus 702 mit dem Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 kommunizieren. Die Verarbeitungsmodule des integrierten QKD-Schaltkreiess 701 umfassen bevorzugt mindestens eines der folgenden Module: ein CRC-Modul (Cyclic Redundancy Check) 711, ein Taktgeneratormodul 712, ein oder mehrere Zeitgeber-Module 713, eine Sicherheitsüberwachungsschaltung und Sicherheitssteuerungsschaltung 714, einen oder mehrere quantenprozessbasierende Generator für echte Zufallszahlen (Englisch: Quantum Random Number Generator: QRNG) 715, einen oder mehrere 8/16/32/15-Bit-Microkontrollerkerne 716 und einer oder mehrere Datenschnittstellen 717, insbesondere einer oder mehreren Universellen Asynchronen Receiver Transmittern (UART) zur Unterstützung serieller Hochgeschwindigkeitsdaten. Zu den weiteren Schaltungsteilen des integrierten QKD-Schaltkreises 701 gehören beispielsweise eine oder mehrere Basistakterzeugungen 720 (CLK) und/oder eine oder mehrere Taktgeneratormodule 712, eine Rücksetzschaltung 722, eine Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltung 723 mit Spannungsreglern, die die Betriebsspannung bereitstellen, eine Masseschaltung 724 und eine Eingangs-/Ausgangsschaltung 725.
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 Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 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 Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 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 Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 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 Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 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 Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 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.
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-Schaltkreis 701 insbesondere zur sicheren Steuerung von Vorrichtungen im Automobil vor, der einen Halbleiterkristall umfasst. Bevorzugt ist der integrierte QKD-Schaltkreis 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.
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 Sicherheitsüberwachungsschaltungen und Sicherheitssteuerungsschaltungen 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 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 1 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 Ansteuervorrichtung 729 für die hier n=4 Einzelphotonenquellen 736, 737, 738, 739. Der Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD- Schaltkreises 701 steuert die Ansteuervorrichtung 729 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 über den internen Datenbus 702 des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Der Mikrocontrollerkern 716 kann dazu Konfigurationsdaten der Ansteuervorrichtung 729 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 mittels des internen Datenbusses 702 zur Ansteuervorrichtung 729 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 übertragen und Statusinformationen der Ansteuervorrichtung 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 Q.KD- 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.
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 Ansteuervorrichtung 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 701 während 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.
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 Q.KD- 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.
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 Ansteuervorrichtung 729 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 Daten über den internen Datenbus 702 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 aus.
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 Ansteuervorrichtung 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 derer Teilvorrichtungen über die Ansteuervorrichtung 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 Q.KD- 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 Ansteuervorrichtung 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 Ansteuervorrichtung 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.
In dem Beispiel der Figur 7 verfügt des integrierten QKD-Schaltkreises 701 über beispielhaft vier Einzelphotonenquellen 736 bis 739. Bevorzugt umfasst der integrierte QKD-Schaltkreis 701 n Einzelphotonenquellen, die in Abhängigkeit von der Steuerung durch die Ansteuervorrichtung 729 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 Einzelphotonen mittels geeigneter optischer Mittel in den QKD- Kopplungsstrahl 452 einspeisen. Typischerweise speist jede dieser n Einzelphotonenquellen des integrierten QKD-Schaltkreises 701 die von ihr emittierten Einzelphotonen mit einer anderen Polarisationsrichtung in den QKD-Kopplungsstrahl 452 mittels dieser optischen Hilfsmittel ein. Die Einzelphotonenquellen des integrierten QKD-Schaltkreises 701 können typischerweise von 1 bis n mit einer Einzelphotonenquellennummer k durchnummeriert werden. Die Polarisationsrichtung der Einzelphotonen einer Einzelphotonenquelle des integrierten QKD-Schaltkreises 701 mit der
Einzelphotonenquellennummer k ist vorzugsweise gegenüber der Polarisationsrichtung der Einzelphotonen einer Einzelphotonenquelle des integrierten QKD-Schaltkreises 701 mit der
Einzelphotonenquellennummer 1 um 360°*(k-l)/(2*n) gedreht. Besonders bevorzugt ist die Anzahl n der Einzelphotonenquellen des integrierten QKD-Schaltkreises 701 eine Potenz von 2. Es sollte als bevorzugt n=2(m -1) mit meN gelten. Die korrespondierende Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 sollte dann eine entsprechende Anzahl an Einzelphotonendetektoren 677 bis 680 aufweisen (siehe beispielsweise Figur 6 für beispielhaft n=4). Insofern ist das Beispiel der Figur 7 mit n=4 nur beispielhaft.
Der integrierte QKD-Schaltkreise 701 kann n Einzelphotonenquellen mit n als ganzer positiver Zahl größer 1 aufweisen. Dieser allgemeine Fall ist in der Figur 7 nicht dargestellt. Eine fachlich kompetente Person wird aber aufgrund der hier vorgestellten Beispiele diesen Fall leicht nacharbeiten können. In einem solchen Fall umfasst des integrierten QKD-Schaltkreises 701 daher noch eine n-te Steuerleitung. Die n-te Steuerleitung verbindet die Ansteuervorrichtung 729 mit der n-ten Stromquelle 763 der n-ten Einzelphotonenquelle. Über die n-te Steuerleitung für die n-te Stromquelle 763 der n-ten Einzelphotonenquelle 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 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 das polarisierte n-te Leuchtmittel 464 der n-ten Einzelphotonenquelle des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Das n-te Leuchtmittel 764 der n-ten Einzelphotonenquelle 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 n-te Steuerleitung 735 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 Ansteuervorrichtung 729 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 für die Einzelphotonenquellen des integrierten QKD- Schaltkreises 701 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.
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 Ansteuervorrichtung 729 für die Einzelphotonenquellen mit k=l 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.
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 Ins, besser kürzer als 500ps, besser kürzer als 200ps, besser kürzer als lOOps, besser kürzer als 50ps, besser kürzer als 20ps, besser kürzer als lOps, besser kürzer als 5ps, besser kürzer als 2ps, besser kürzer als lps. 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 lOps.
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 Ins, besser kürzer als 500ps, besser kürzer als 200ps, besser kürzer als lOOps, besser kürzer als 50ps, besser kürzer als 20ps, besser kürzer als lOps, besser kürzer als 5ps, besser kürzer als 2ps, besser kürzer als lps. 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 lOps.
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 Ins, besser kürzer als 500ps, besser kürzer als 200ps, besser kürzer als lOOps, besser kürzer als 50ps, besser kürzer als 20ps, besser kürzer als lOps, besser kürzer als 5ps, besser kürzer als 2ps, besser kürzer als lps. 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 lOps.
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 Ins, besser kürzer als 500ps, besser kürzer als 200ps, besser kürzer als lOOps, besser kürzer als 50ps, besser kürzer als 20ps, besser kürzer als lOps, besser kürzer als 5ps, besser kürzer als 2ps, besser kürzer als lps. 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 lOps.
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 Ins, besser kürzer als 500ps, besser kürzer als 200ps, besser kürzer als lOOps, besser kürzer als 50ps, besser kürzer als 20ps, besser kürzer als lOps, besser kürzer als 5ps, besser kürzer als 2ps, besser kürzer als lps. 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 lOps.
In dem Beispiel der Figuren 4 und 5 vereinigt eine optische Teilvorrichtung der Einzelphotonensendevorrichtung 401 bzw. 471 die jeweiligen Einzelphotonenströme der Einzelphotonenquellen 436 bis 440 zu einem QKD-Kopplungsstrahl 452 aus polarisationsmodulierten Einzelphotonen. Diese Optik ist in dem Beispiel der Figur 7 nicht eingezeichnet. Eine fachkundige Person wird aber diese Funktion mit Mitteln aus dem Stand der Technik leicht realisieren können.
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 Figur 4. Eine fachkundige Person wird die entsprechenden optischen Vorrichtungsteile so vorsehen, dass dieser Fotodetektor 751 eine analoge Funktion wie der Fotodetektor 451 der Figur 4 erfüllen kann. Bevorzugt umfasst der integrierte QKD-Schaltkreis 701 eine Aktor-Steuerung für einen Aktor, den der Mikrokontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 mittels dieser Aktor-Steuerung über den internen Datenbus 702 ansteuern kann, um einen Strahlteiler oder Spiegel (z.B. 448 in Figur 4) aus dem Strahlengang des Senders entfernen zu können, wenn die Kalibration der Photonenraten der Einzelphotonenquellen 736 bis 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 beendet ist. Der Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 nutzt beispielsweise bevorzugt den Fotodetektor 751, um die Photonendichte im Strahlengang (Figur 4 Bezugszeichen 449) der Einzelphotonensendevorrichtung 401 in Figur 4 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 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 beispielsweise mittels eines zum integrierten QKD- Schaltkreis 701 externen Aktors, den er über den internen Datenbus 702 des integrierten QKD- Schaltkreises 701 steuert, den Spiegel (Figur 4 Bezugszeichen 448) in den Strahlengang (Figur 4 Bezugszeichen 446) der Einzelphotonensendevorrichtung (Figur 4 Bezugszeichen 401) ein. Der Mikrocontrollerkern 716 erfasst dann mit Hilfe des Fotodetektors 751 die Einzelphotonendichte im Strahlengang der Einzelphotonensendevorrichtung (Figur 4 Bezugszeichen401). Dabei betreibt der Mikrocontrollerkern 716 jeweils immer eine Einzelphotonenquelle der Einzelphotonenquellen 736 bis 736 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 und erfasst eine dieser Einzelphotonenquelle zugehörige Einzelphotonendichte. Ein Empfangssignal 753 des Fotodetektors 751 verbindet den Fotodetektor 751 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 mit einer Auswerteschaltung 754 des Fotodetektors 751. Die Auswerteschaltung 754 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 ist bevorzugt über den internen Datenbus 702 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 mit dem Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 gekoppelt. Die Auswerteschaltung 754 des Fotodetektors 751 erfasst die Werte des Empfangssignals 753 des Fotodetektors 751, die von den Einzelphotonen im Strahlengang der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (Figur 4 Bezugszeichen 401) vom ersten Strahlteiler oder Spiegel (Figur 4 Bezugszeichen 448) bis zum Fotodetektor 751 des integrierten QKD- Schaltkreises 701 abhängen, wandelt diese bevorzugt in digitalisierte Werte, beispielsweise mit Hilfe eines Analog-zu-Digitalwandlers ADC des integrierten QKD-Schaltkreises 701 um und vermittelt die so erfassen Messwert betreffend die Einzelphotonen im Strahlengang der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (Figur 4 Bezugszeichen 401) vom ersten Strahlteiler oder Spiegel (Figur 4 Bezugszeichen 448) bis zum Fotodetektor 751 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 an den Mikrokontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 über den internen Datenbus 702 des integrierten QKD-Schaltkreises 701. Der Mikrocontrollerkern 716 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 steuert dann die Stromquellen 763 der jeweiligen Einzelphotonenquellen 736 bis 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 so nach, dass die vom Fotodetektor 751 des integrierten QKD- Schaltkreises 701 mittels des Werts des Empfangssignals 753 des Fotodetektors 751 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 erfasste Einzelphotonendichte einer Einzelphotonenquelle der Einzelphotonenquellen 736 bis 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 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 736 bis 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 unterscheidet. Nachdem die Einzelphotonendichten der verschiedenen Einzelphotonenquellen des integrierten QKD- Schaltkreises 701 kalibriert sind, entfernt bevorzugt der Mikrocontrollerkern 716 den Spiegel (Bezugszeichen 446 in Figur 4) wieder aus dem Strahlengang ( Bezugszeichen 449 in Figur 4) der Einzelphotonensendevorrichtung (Bezugszeichen 401 in Figur 4), der dann die Einzelphotonen im Strahlengang (Bezugszeichen 449 in Figur 4) der Einzelphotonensendevorrichtung (Bezugszeichen 401 in Figur 4) als QKD-Kopplungsstrahl 452 zu einem Empfänger, beispielsweise einer Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601, strahlt.
Vorzugsweise ist der integrierte QKD-Schaltkreises 701 Teil einer Einzelphotonensendevorrichtung, wie sie die Figuren 4 und 5 zeigen.
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-lnk-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.
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 1 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.
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.
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-l)/(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 l<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-l)/(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 l<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.
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.
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 eineTeilvorrichtung 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 l2C-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.
Figur 8 zeigt die Kopplung einer Einzelphotonensendevorrichtung 401 mit einer Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 mittels eines QKD-Kopplungsstrahls 452.
In dem Beispiel der Figur 8 umfasst der beispielhafte Autoschlüssel die Einzelphotonensendevorrichtung 401 und das beispielhafte Auto 802 die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601.
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.
Figur 9 entspricht weitestgehend der Figur 8 mit dem Unterschied, dass der Nutzer nun einen Laser- Pointer-Strahl 462 zur Ausrichtung der Einzelphotonensendevorrichtung 401, also des Autoschlüssels, auf die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601, also das Türschloss, benutzt. Nur wenn der Laser- Pointer-Strahl 462 der Laser-Pointer-Vorrichtung 455 der Einzelphotonensendevorrichtung 401, also des Autoschlüssels, den Ausrichtempfänger 699 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601, also des Autos 802, trifft, signalisiert der Mikrocontrollerkern 616 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 über den konventionellen Datenübertragungskanal 428 Einzelphotonensendevorrichtung 401, dass die Vereinbarung eines QKD-Schlüssels, wie in der Beschreibung zu Figur 8 beschrieben starten kann. Daraufhin startet die Einzelphotonensendevorrichtung 401 die Vereinbarung eines gemeinsamen geheimen QKD-Schlüssels.
Figur 10 zeigt die Vereinbarung eines QKD-Schlüssels zwischen einem Auto 802 und einer Infrastrukturvorrichtung, hier einer Ladesäule. 1011 . Die Ladesäule 1011 der Figur 10 umfasst beispielhaft eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601. Die beispielhafte drahtlose Datenübertragungsstecke 428 der Figuren 4, 5 und 6 ist beispielhaft durch eine andere, nun drahtgebundene Datenübertragungsstrecke 428 ersetzt. Ein Ladekabel 1012 verbindet die Ladesäule 1011 mit dem Auto 802 über eine Ladesteckverbindung 1013.
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. Figur 11 zeigt ein beispielhaftes Zusammenwirken zwischen einem Software-Update-Gerät 1114 und dem Auto 802. Das Software Up-Date-Gerät 1114 arbeitet als sogenannterTrusted Server. Der Rechner 1117 des Software-Up-Date-Geräts 1114 ist mittels einer Datenübertragungsstrecke 428 die drahtgebunden und drahtlos sein kann mit dem Server eines SW-Anbieters 1118 verbunden. Dieser dem Server des SW-Anbieters 1118 kann beispielsweise ein Server eines Automobilherstellers sein. Die Datenübertragungsstrecke 428 zum dem Server des SW-Anbieters 1118 kann ganz oder teilweise im Internet verlaufen. Der Rechner 1117 des Software-Up-Date-Geräts 1114 tauscht mittels einer Q.KD- Schnittstelle (z.B. einem Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 und einer Einzelphotonensendevorrichtung 401) einen abhörsicheren QKD-erzeugten Schlüssel mit dem Server des SW-Anbieters 1118 aus.
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.
Figur 12 zeigt ein Auto 802 bei dem Teilvorrichtungen des Autos über ein QKD-System einen Q.KD- Schlüssel erzeugen und für eine verschlüsselte Kommunikation in einem Fahrzeug nutzen.
Das Vorschlaggemäße Fahrzeug umfasst dabei einen Einzelphotonenenwellenleiter für den Q.KD- 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.
Figur 13 entspricht weitestgehend der Situation der Figur 9 mit dem Unterschied, dass statt des Autoschlüssels nun ein Auto auf ein anderes Auto zugreift. Das erste Auto (links) folgt dem vorausfahrenden Auto (rechts). Das optische System der Einzelphotonensendevorrichtung 471 des nachfolgenden Autos umfasst nun bevorzugt einen Aktor zur Ausrichtung des Laser-Pointer-Strahls 462 auf einen vorbestimmten Punkt an dem anderen vorausfahrenden Auto. An diesem Punkt befinden sich bevorzugt die Einzelphotonendetektoren der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 des vorausfahrenden Autos. Bevorzugt erfasst eine Kamera die Position des vorbestimmten Punkts an dem anderen vorausfahrenden Auto. Ein Bilderkennungssystem erkennt diesen Punkt und liefert bevorzugt die Steuerdaten für die Ausrichtvorrichtungen des Laser-Pointer-Strahls. Die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 umfasst bevorzugt auch eine Ausrichtvorrichtung zur Ausrichtung des QKD-Kopplungsstrahls der Einzelphotonen. Die Einzelphotonensendevorrichtung 471 des nachfolgenden Autos veranlasst bevorzugt die Ausrichtvorrichtungen des Laser-Pointer-Strahls und die Ausrichtvorrichtung zur Ausrichtung des QKD-Kopplungsstrahls der Einzelphotonen den Laser- Pointer-Strahl und den QKD-Kopplungsstrahl auf den vorbestimmten Punkt an dem anderen vorausfahrenden Auto mit Hilfe dieser Steuerdaten zu richten. Signalisiert die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 des vorausfahrenden Autos der Einzelphotonensendevorrichtung 471 des nachfolgenden Autos, dass die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 des vorausfahrenden Autos gegenüber der Einzelphotonensendevorrichtung 471 des nachfolgenden Autos ausgerichtet ist, so beginnt die Einzelphotonensendevorrichtung 471 des nachfolgenden Autos mit der Vereinbarung des QKD- Schlüssels. Die anderen Schritte laufen dann wie oben beschrieben ab. Hier werden also nicht die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 des vorausfahrenden Autos und die Einzelphotonensendevorrichtung 471 des nachfolgenden Autos zueinander ausgerichtet, sondern der Strahlengang des QKD-Einzelphotonenstrahls geeignet abgelenkt. Nur wenn der Laser-Pointer-Strahl 462 der Laser-Pointer-Vorrichtung 455 der Einzelphotonensendevorrichtung 401 den Ausrichtempfänger 699 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 trifft, signalisiert der Mikrocontrollerkern 616 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung 601 über den konventionellen Datenübertragungskanal 428 Einzelphotonensendevorrichtung 401, dass die Vereinbarung eines QKD- Schlüssels, wie in der Beschreibung zu Figur 8 beschrieben starten kann. Daraufhin startet die Einzelphotonensendevorrichtung 401 die Vereinbarung eines gemeinsamen geheimen Q.KD- Schlüssels. Anschließend können die beiden Autos verschlüsselt Daten austauschen.
Figur 14 zeigt schematisch vereinfacht und nicht maßstabsgerecht eine beispielhafte SPAD-Diode 1820 für den Einsatz als Sensorelement eines Einzelphotonendetektors im Sinne dieser Schrift. Die beispielhafte SPAD-Diode 1820 weist beispielhaft ein oder mehrere Shallow-Trench-Isolationen (STI) 1821, ein oder mehrere Anodenkontakte 1822, eine oder mehrere Kathodenkontakte 1823, eine oder mehrere Abdeckoxide 1824 oder eine oder mehrere optisch transparente Isolierschichten 1824, ein oder mehrere hoch dotierte erste Anschlussgebiete 1825 eines ersten Leitungstyps, eine oder mehrere erste dotierte Wannen 1826 eines zweiten Leitungstyps, eine oder mehrere zweite dotierte Wannen 1827 eines zweiten Leitungstyps, eine epitaktische Schicht 1828 eines zweiten Leitungstyps, ein Basismaterial 1829 des halbleitenden einkristallinen Wafers, zweite dotierte Wanne 1830 eines zweiten Leitungstyps unterhalb des Anodenkontakts, ein oder mehrere hoch dotierte zweite Anschlussgebiete 1831 eines zweiten Leitungstyps, ein oder mehrere Isolationen 1832, ein oder mehrere metalloptische Filter 1833, ein oder mehrere optisch transparente Schlitze 1834 in dem metalloptischen Filter 1833 auf.
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 Wannel830 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;
Figur 14 zeigt beispielhaft zur Veranschaulichung schematisch eine einfallende elektromagnetische Welle 1835. Bei der elektromagnetischen Welle 1835 kann es sich um die Welle eines Einzelphotons handeln.
Figur 15A zeigt ein metalloptisches Filter 1950 schematisch vereinfacht und nicht maßstabsgerecht 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, 1954 in der Aufsicht. Die darunterliegenden SPAD-Dioden sind nicht eingezeichnet. Das Bezugszeichen 1951 bezeichnet ein beispielhaftes uns schematisch nicht maßstabsgerecht skizziertes erstes metalloptisches Teilfilter 1951 mit vertikaler Polarisationsrichtung des E-Felds für eine erste SPAD-Diode, die typischerweise unter dem ersten metalloptischen Teilfilter 1951 angeordnet ist. Die vertikale Polarisationsrichtung des E-Felds für eine erste SPAD-Diode entspricht hier einer 0° Polarisationsrichtung des E-Felds für eine erste SPAD-Diode;
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.
Figur 15B zeigt ein weiteres beispielhaftes metalloptisches Filter 1955 schematisch vereinfacht und nicht maßstabsgerecht mit sechzehn metalloptischen Teilfiltern für ein 4x4-SPAD-Dioden-Array von sechzehn SPAD-Dioden mit in 45° Schritten verdrehter Polarisationsfilterwirkung der metalloptischen Teilfilter in der Aufsicht. Die metalloptischen Filter sind im Falle des weiteren beispielhaftes metalloptisches Filter 1955verwürfelt.
Figur 16 entspricht der Figur 5 mit dem Unterschied, dass die 1411 durch die 1603 ersetzt ist. Die Figur 16 stellt somit eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung 2417 dar.
Figur 17 entspricht der Figur 6 mit dem Unterschied, dass die 1603 durch die 1411 ersetzt ist. Die Figur 16 stellt somit eine Einzelphotonensendevorrichtung 2601 dar.
Figur 18 entspricht der Figur 5 mit dem Unterschied, dass die 1411 durch die 1603 ersetzt ist. Außerdem ist die Laser-Pointer-Sendevorrichtung (456, 457, 455) durch die Laser-Pointer- Empfangsvorrichtung (1606, 699) ersetzt. Die Figur 18 stellt somit eine
Einzelphotonenempfangsvorrichtung 3417 dar. Figur 19 entspricht der Figur 6 mit dem Unterschied, dass die 1603 durch die 1411 ersetzt ist. Außerdem ist die Laser-Pointer-Empfangsvorrichtung (1606, 699) durch die Laser-Pointer- Sendevorrichtung (456, 457, 455) ersetzt. Die Figur 19 stellt somit eine
Einzelphotonensendevorrichtung 3601 dar.
Figur 20 entspricht Figur 9, wobei die Einzelphotonensendevorrichtung 2601 bzw. 3601 sich nun im Fahrzeug 802 befindet und die Einzelphotonenempfangsvorrichtung 2471 bzw. 3471 sich nun im Autoschlüssel befindet.
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.
Bezugszeichenliste
100 Einzelphotonenempfänger für einen polarisationsmodulierten Einzelphotonenstrahl
102 polarisationsrichtungsmodulierter Strom der Einzelphotonen
149 zweiter Signalpfad
150 erster Signalpfad
152 Empfangspfad
163 nicht polarisierender erster Strahlteiler
176 zweiter Einzelphotonendetektor
177 erster Einzelphotonendetektor
178 vierter Einzelphotonendetektor
179 dritter Einzelphotonendetektor
184 zweiter polarisierender Strahlteiler
187 zweiter Signalpfad
188 X/4-Plätchen
189 gedrehter zweiter Signalpfad
190 dritter polarisierender Strahlteiler
201 Einzelphotonensendevorrichtung
236 erste Einzelphotonenquelle
237 zweite Einzelphotonenquelle
238 dritte Einzelphotonenquelle
239 vierte Einzelphotonenquelle
283 erster Strahlteiler
284 zweiter Strahlteiler
288 X/4-Plättchen dritter Strahlteiler erste Einzelphotonenquelle zweite Einzelphotonenquelle dritte Einzelphotonenquelle vierte Einzelphotonenquelle erste Lochblende zweite Lochblende
Einzelphotonensendevorrichtung interner Datenbus
Schreib/Lese-Speicher RAM beschreibbarer nicht flüchtiger Speicher nicht flüchtiger, reiner Lese-Speicher, wie beispielsweise ein ROM nicht flüchtiger, beschreibbarer und/oder nicht beschreibbarer Hersteller-Speicher
Kryptografie-Beschleuniger
Hersteller-Speicher-Firewall
CRC-Modul (Cyclic Redundancy Check)
Taktgeneratormodul (Englisch Clock Driver, CLK)
Zeitgeber-Modul
Sicherheitsüberwachungs- und -Steuerungsschaltung quantenprozessbasierender Generator für echte Zufallszahlen (Englisch: Quantum Random
Number Generator: QRNG)
Mikrokontrollerkern Datenschnittstelle, insbesondere ein oder mehrere Universellen Asynchronen Receiver Transmitter (UART) zur Unterstützung serieller Hochgeschwindigkeitsdaten;
Basistakterzeuger (CLK)
Rücksetzschaltung
Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltung mit Spannungsregler
Masseschaltung
Eingangs-/Ausgangsschaltung drahtlose und/oder drahtgebundene Datenschnittstelle jeweiliger Anschluss der drahtgebundenen oder drahtlosen Datenübertragungsstrecke, beispielsweise Anschluss der jeweiligen Antenne einer jeweiligen drahtlosen Schnittstelle 426
Datenübertragungskanal
Ansteuervorrichtung für die Einzelphotonenquellen 436, 437, 438, 439,440
Steuerleitung mit der die Ansteuervorrichtung 429 für die Einzelphotonenquellen 436, 437, 438, 439,440 einen einstellbaren Spannungsregler 442 steuert erste Steuerleitung für die erste Stromquelle 463 der ersten Einzelphotonenquelle 436 zweite Steuerleitung für die zweite Stromquelle 463 der zweiten Einzelphotonenquelle 437 dritte Steuerleitung für die dritte Stromquelle 463 der dritten Einzelphotonenquelle 438 vierte Steuerleitung für die vierte Stromquelle 462 der vierten Einzelphotonenquelle 439 fünfte Steuerleitung für die fünfte Stromquelle 463 der fünften Einzelphotonenquelle 440, die das polarisierte fünfte Leuchtmittel 464 der fünften Einzelphotonenquelle 440 steuert erste Einzelphotonenquelle zweite Einzelphotonenquelle. Die zweite Einzelphotonenquelle umfasst ein polarisiertes zweites Leuchtmittel 464 und eine zweite Stromquelle 463 dritte Einzelphotonenquelle. Die dritte Einzelphotonenquelle umfasst ein polarisiertes drittes Leuchtmittel 464 und eine dritte Stromquelle 463 vierte Einzelphotonenquelle. Die vierte Einzelphotonenquelle umfasst ein polarisiertes viertes Leuchtmittel 464 und eine vierte Stromquelle 463 fünfte Einzelphotonenquelle. Die fünfte Einzelphotonenquelle umfasst ein polarisiertes fünftes Leuchtmittel 464 und eine fünfte Stromquelle 463
Versorgungspannungsleitung der Einzelphotonenquellen 436 bis 440
Energieversorgung für die Einzelphotonenquellen 436 bis 440
Versorgungsspannungsleitung
Erste Lochblende zweite Lochblende erste Linse zweite Linse erster Strahlteiler des Sendepfads
Strahlengang des Senders bis zum ersten Strahlteiler oder Spiegel 448
Strahlengang des Senders vom ersten Strahlteiler oder Spiegel 448 bis zum Fotodetektor 451
Fotodetektor 451
QKD-Kopplungsstrahl
Empfangssignal des Fotodetektors 451
Auswerteschaltung des Fotodetektors 451
Laser-Pointer-Vorrichtung
Spannungsversorgung für die Laser-Pointer-Laserdiode 459
Steuervorrichtung für die Stromquelle 460 der Laser-Pointer-Diode 459
Laser-Pointer-Diode
Stromquelle der Laser-Pinter-Diode 459
Projektionsoptik der Laser-Pinter-Vorrichtung Laser-Pointer-Strahl zur Ausrichtung des der Einzelphotonensendevorrichtung 401, 471, beispielsweise eines Autoschlüssels
Stromquelle der Einzelphotonenquelle der Einzelphotonenquellen 436 bis 440
Leuchtmittel der Einzelphotonenquelle der Einzelphotonenquellen 436 bis 440
HMI-Schnittstelle (HMI=Human Machine Interface)
Eingabeterminal
Taster oder Schalter oder andere mechanische Eingabegeräte
Biometrischer Sensor
Optisches Ausgabeelement, beispielsweise ein oder mehrere Leuchtmittel oder ein Bildschirm für Signalisierungen an einen Nutzer
Aktor, beispielsweise ein elektromechanisches Vibrationsmittel
Einzelphotonensendevorrichtung
Einzelphotonenempfangsvorrichtung, insbesondere für ein Auto interner Datenbus
Schreib/Lese-Speicher RAM beschreibbarer nicht flüchtiger Speicher nicht flüchtiger, reiner Lese-Speicher nicht flüchtiger, beschreibbarer und/oder nicht beschreibbarer Hersteller-Speicher
Kryptografie-Beschleuniger
Hersteller-Speicher-Firewall
CRC-Modul (Cyclic Redundancy Check)
Taktgeneratormodul (Englisch Clock Driver, CLK)
Zeitgeber-Modul
Sicherheitsüberwachungs- und -Steuerungsschaltung quantenprozessbasierender Generator für echte Zufallszahlen (Englisch: Quantum Random Number Generator: QRNG)
Mikrocontrollerkern
Datenschnittstelle, insbesondere eine oder mehrere Universelle Asynchronen Receiver Transmitter (UART) zur Unterstützung serieller Hochgeschwindigkeitsdaten
Basistakterzeuger (CLK)
Rücksetzschaltung
Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltungen mit Spannungsregler
Masseschaltung
Eingangs-/Ausgangsschaltung drahtlose und/oder drahtgebundene Datenschnittstelle jeweilige Antenne der jeweiligen drahtlosen Schnittstelle 626
Versorgungsspannungsleitung
Auswerteschaltung für die Empfangssignale 673 bis 676 der Einzelphotonendetektoren 677 bis 680 für unterschiedlich polarisierte Einzelphotonen erstes Empfangssignal des ersten Einzelphotonendetektors 677 für horizontal polarisierte Einzelphotonen zweites Empfangssignal des zweiten Einzelphotonendetektors 678 für vertikal polarisierte Einzelphotonen drittes Empfangssignal des dritten Einzelphotonendetektors 679 für +45° polarisierte Einzelphotonen viertes Empfangssignal des vierten Einzelphotonendetektors 680 für -45° polarisierte Einzelphotonen erster Einzelphotonendetektor für horizontal polarisierte Einzelphotonen, beispielsweise eine erste SPAD-Diode zweiter Einzelphotonendetektor für vertikal polarisierte Einzelphotonen 678, beispielsweise eine zweite SPAD-Diode dritter Einzelphotonendetektor für +45° polarisierte Einzelphotonen, beispielsweise eine dritte SPAD-Diode vierter Einzelphotonendetektor für -45° polarisierte Einzelphotonen, beispielsweise eine vierte SPAD-Diode
Empfangsoptik für den QKD-Kopplungsstrahl 452
Strahlengang für die Einzelphotonen des QKD-Kopplungsstrahls 452 zwischen Empfangsoptik für den QKD-Kopplungsstrahl 452 und nicht polarisierendem Strahlteiler 683 nicht polarisierendem Strahlteiler 683 zweiter polarisierender Strahlteiler dritter horizontal polarisierter Einzelphotonenstrom vierter vertikal polarisierter Einzelphotonenstrom zweiter Einzelphotonenstrom
A/4 Plättchen und/oder Polarisationsdrehvorrichtung gedrehter zweiter Einzelphotonenstrom dritter polarisierender Strahlteiler sechster -45° polarisierter Einzelphotonenstrom
Steuerung für den Antrieb der beispielhaften Schließvorrichtung 694
Steuerleitung für den Antrieb der beispielhaften Schließvorrichtung 694 beispielhafte Schließvorrichtung 694 des Kfz 802
Datenschnittstelle zu einer übergeordneten Rechnereinheit 697 über einen Datenbus 696 des Autos 802
Datenverbindung von der Datenschnittstelle 695 der Einzelphotonenempfangsvorrichtung zu einer übergeordneten Rechnereinheit 697 über einen Datenbus 696 des Autos 802 übergeordnete Rechnereinheit
Ausrichtempfängerleitung Ausrichtempfängers beispielhafter integrierter Schaltkreis für die Verwendung in automobilen QKD Systemen interner Datenbus des integrierten QKD-Schaltkreises 701
Schreib/Lese-Speicher RAM 703 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 beschreibbarer nicht flüchtiger Speicher des integrierten QKD-Schaltkreises 701 nicht flüchtiger, reiner Lese-Speicher des integrierten QKD-Schaltkreises 701, wie beispielsweise ein ROM nicht flüchtiger, beschreibbarer und/oder nicht beschreibbarer Hersteller-Speicher des integrierten QKD-Schaltkreises 701
Kryptografie-Beschleuniger des integrierten QKD-Schaltkreises 701, beispielsweise einen
DES-Beschleuniger und/oder einen AES-Beschleuniger 707
Hersteller-Speicher-Firewall des integrierten QKD-Schaltkreises 701
CRC-Modul (Cyclic Redundancy Check) des integrierten QKD-Schaltkreises 701
Taktgeneratormodul (Englisch Clock Driver, CLK) des integrierten QKD-Schaltkreises 701
Zeitgeber-Modul des integrierten QKD-Schaltkreises 701
Sicherheitsüberwachungs- und -Steuerungsschaltung des integrierten QKD-Schaltkreises 701 quantenprozessbasierender Generator für echte Zufallszahlen (Englisch: Quantum Random Number Generator: QRNG) des integrierten QKD-Schaltkreises 701
Microkontrollerkern des integrierten QKD-Schaltkreises 701
Datenschnittstelle, insbesondere eine oder mehrere Universelle Asynchronen Receiver Transmitter (UART) zur Unterstützung serieller Hochgeschwindigkeitsdaten
Basistakterzeuger (CLK) des integrierten QKD-Schaltkreises 701
Rücksetzschaltung des integrierten QKD-Schaltkreises 701
Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltung des integrierten QKD-Schaltkreises 701 mit Spannungsreglern Masseschaltung des integrierten QKD-Schaltkreises 701 Eingangs-/Ausgangsschaltung des integrierten QKD-Schaltkreises 701 Datenübertragungskanal des integrierten QKD-Schaltkreises 701 jeweiliger Anschluss der drahtgebundenen oder drahtlosen Datenübertragungsstrecke, beispielsweise Anschluss der jeweiligen Antenne einer jeweiligen drahtlosen Schnittstelle 726 Ansteuervorrichtung für die Einzelphotonenquellen 736, 737, 738, 739 des integrierten QKD-Schaltkreises 701 Steuerleitung des integrierten QKD-Schaltkreises 701 mit der die Ansteuervorrichtung 729 für die Einzelphotonenquellen 736, 737, 478, 479 einen einstellbaren Spannungsregler 742 steuert 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 Ansteuervorrichtung 729 der integrierten QKD-Schaltung für die Einzelphotonenquellen 736, 737, 738, 739 der integrierten QKD-Schaltung an den Mikrocontrollerkern 716 der integrierten QKD- Schaltung zurückmeldet 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 Ansteuervorrichtung 729 der integrierten QKD-Schaltung für die Einzelphotonenquellen 736, 737, 738, 739 der integrierten QKD-Schaltung an den Mikrocontrollerkern 716 der integrierten QKD- Schaltung zurückmeldet 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 Ansteuervorrichtung 729 der integrierten QKD-Schaltung für die Einzelphotonenquellen 736, 737, 738, 739 der integrierten QKD-Schaltung an den Mikrocontrollerkern 716 der integrierten QKD- Schaltung zurückmeldet 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 Ansteuervorrichtung 729 der integrierten QKD-Schaltung für die Einzelphotonenquellen 736, 737, 738, 739 der integrierten QKD-Schaltung an den Mikrocontrollerkern 716 der integrierten QKD- Schaltung zurückmeldet erste Einzelphotonenquelle der integrierten QKD-Schaltung 701. zweite Einzelphotonenquelle der integrierten QKD-Schaltung 701 dritte Einzelphotonenquelle 738 der integrierten QKD-Schaltung 701 vierte Einzelphotonenquelle der integrierten QKD-Schaltung 701
Versorgungspannungsleitung der Einzelphotonenquellen 736 bis 739
Energieversorgung für die beispielhaft vier Einzelphotonenquellen 736 bis 739 der integrierten QKD-Schaltung 701
Versorgungsspannungsleitung
Fotodetektor der integrierten QKD-Schaltung 701
Empfangssignal des Fotodetektors 751 der integrierten QKD-Schaltung 701
Auswerteschaltung des Fotodetektors 751 der integrierten QKD-Schaltung 701
Spannungsversorgung für die Laser-Pointer-Laserdiode 459
Steuervorrichtung für die Stromquelle 760 der Laser-Pointer-Diode 459
Stromquelle der Laser-Pinter-Diode 459 jeweiliges Leuchtmittel der jeweiligen Einzelphotonenquelle der beispielhaft vier Einzelphotonenquellen 736 bis 739 jeweilige Stromquelle der jeweiligen Einzelphotonenquelle der beispielhaft vier Einzelphotonenquellen 736 bis 739 der integrierten QKD-Schaltung 701
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. erstes Empfangssignal des ersten Einzelphotonendetektors 777 für horizontal polarisierte Einzelphotonen zweites Empfangssignal des zweiten Einzelphotonendetektors 778 für vertikal polarisierte Einzelphotonen drittes Empfangssignal des dritten Einzelphotonendetektors 779 für +45° polarisierte Einzelphotonen viertes Empfangssignal des vierten Einzelphotonendetektors 780 für -45° polarisierte Einzelphotonen erster Einzelphotonendetektor für horizontal polarisierte Einzelphotonen, beispielsweise eine erste SPAD-Diode zweiter Einzelphotonendetektor für vertikal polarisierte Einzelphotonen, beispielsweise eine zweite SPAD-Diode dritter Einzelphotonendetektor für +45° polarisierte Einzelphotonen, beispielsweise eine dritte SPAD-Diode vierter Einzelphotonendetektor für -45° polarisierte Einzelphotonen, beispielsweise eine vierte SPAD-Diode
Steuerung für den Antrieb der beispielhaften Schließvorrichtung 694
Steuerleitung für den Antrieb der beispielhaften Schließvorrichtung 694
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 wird 798 Ausrichtempfängerleitung
801 Situation bei der Vereinbarung eines QKD-Schlüssels zwischen einem Autoschlüssel und einem Auto 802
802 Auto
803 Optisches Fenster für den QKD-Kopplungsstrahl 452 in der Karosserie des Autos 802
804 Tür des Autos 802
1011 Ladesäule
1012 Ladekabel
1013 Ladesteckverbindung
1114 Software-Update-Gerät
1115 Datenübertragungskabel
1116 Software-Update-Steckverbindung
1117 Rechner des Software-Up-Date-Geräts 1114
1118 Server des SW-Anbieters
1301 Kegelförmiger Spiegel
1302 Raumfilter
1407 Einzelphotonensendevorrichtung des Autoschlüssels 401, 471
1408 Kegelförmiger Spiegel oder funktionsäquivalente Vorrichtung zur Vereinigung der Einzelphotonenströme der Einzelphotonenquellen 436 bis 440 zu einem einzigen Einzelphotonenstrom
1409 Identifizierungsmittel zur Identifikation des Nutzers
1410 Einzelphotonenstrahlen der Einzelphotonenquellen 436 bis 440
1411 Empfängermodul für polarisationsmodulierte Einzelphotonen; 1601 Empfänger des Ausrichtempfängers 699
1603 Einzelphotonendetektorsystem für den Empfang eines polarisationsmodulierten
Einzelphotonensignals
1604 erster Einzelphotonenstrom
1605 fünfter +45° polarisierter Einzelphotonenstrom
1606 Schnittstelle des Ausrichtempfängers 699
1701 Empfänger des Ausrichtempfängers 699
1703 Einzelphotonendetektorsystem für den Empfang eines polarisationsmodulierten
Einzelphotonensignals
1706 Schnittstelle des Ausrichtempfängers 699
1707 Einzelphotonensendevorrichtung des QKD-Schaltkreises 701, beispielsweise des
Autoschlüssels 401, 471
1820 Beispielhafte SPAD-Diode für den Einsatz als Sensorelement eines
Einzelphotonenendetektors
1821 Shallow-Trench-Isolation STI der beispielhaften SPAD-Diode 1820
1822 Anodenkontakt der beispielhaften SPAD-Diodel820
1823 Kathodenkontakt der beispielhaften SPAD-Diode 1820
1824 Abdeckoxid oder optisch transparenten Isolieschicht der beispielhaften SPAD-Diode 1820
1825 hoch dotiertes erstes Anschlussgebiet eines ersten Leitungstyps
1826 erste dotierte Wanne eines zweiten Leitungstyps
1827 zweite dotierte Wanne eines zweiten Leitungstyps
1828 epitaktische Schicht eines zweiten Leitungstyps 1829 Basismaterial des halbleitenden einkristallinen Wafers, der einen zweiten Leitungstyp aufweist
1830 zweite dotierte Wanne eines zweiten Leitungstyps unterhalb des Anodenkontakts
1831 hoch dotiertes zweites Anschlussgebiet eines zweiten Leitungstyps
1832 Isolation, beispielsweise ein Oxid oder dergleichen
1833 metalloptisches Filter
1834 optisch transparente Schlitze in dem metalloptischen Filter 1833
1835 einfallende elektromagnetische Welle
1950 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, 1954
1951 erstes metalloptisches Teilfilter mit vertikaler Polarisationsrichtung des E-Felds für eine erste SPAD-Diode, die typischerweise unter dem ersten metalloptischen Teilfilter 1951 angeordnet ist
1952 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 ist
1953 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 ist
1954 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 ist
1955 weiteres beispielhaftes metalloptisches Filter

Claims

Ansprüche
1. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) zur Ermöglichung einer sicheren Authentifizierung umfassend
• eine Mehrzahl von Einzelphotonenquellen (436-440),
• eine Steuervorrichtung, welche dazu eingerichtet ist jeweils eine der Einzelphotonenquellen (436-440) separat anzusteuern, und
• eine optische Teilvorrichtung, welche dazu eingerichtet ist Einzelphotonenströme von der wenigstens einen Einzelphotonenquelle (436-440) emittierte Photonen zu einem QKD-Kopplungsstrahl (452), bestehend aus einem gemeinsamen Strom von Einzelphotonen, zusammen zu führen, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) weiter umfasst
• eine Ansteuerungsvorrichtung (429) für die Einzelphotonenquellen (436-440), welche Einzelphotonenquellen (436-440) jeweils ein Leuchtmittel (464) und eine Stromquelle (463) umfassen, wobei das Leuchtmittel (464) polarisierte Einzelphotonen oder Einzelphotonen unterschiedlicher Polarisation abstrahlt, welche mittels Polarisationsfilter oder polarisierender optischer Funktionsmittel in einem nachfolgenden Strahlengang polarisiert werden
• wenigstens einen Datenbus (402),
• wenigstens einen Mikrocontrollerkern (416), welcher dazu eingerichtet ist die Ansteuerungsvorrichtung (429) über den internen Datenbus (402) zu steuern
• wenigstens eine Steuerleitung (430), welche die Ansteuervorrichtung (429) mit einem einstellbaren Spannungsregler (442) verbindet,
• wenigstens eine Energieversorgung (442) der Einzelphotonenquellen (436-440), wobei die Energieversorgung (442) dazu eingerichtet ist eine Betriebsspannung der Einzelphotonenquellen (436-440) zu regeln, insbesondere mittels eines Linearreglers zu regeln, wobei die Ansteuervorrichtung (429) dazu eingerichtet ist mittels der Steuerleitung (430) eine Spannung zwischen einer Versorgungspannungsleitung (441) der Einzelphotonenquellen (436-440) und einem Bezugspotenzial einzustellen, und wobei die Stromquelle (463) einer jeden Einzelphotonenquelle (436-440) dazu eingerichtet ist eine Einzelphotonenrate des jeweiligen zugehörigen Leuchtmittels (464) in Abhängigkeit von Signalisierungen einer der jeweiligen Stromquelle (463) zugehörigen Steuerleitung (431-435), insbesondere in Abhängigkeit von durch die Ansteuervorrichtung (429) übermittelten Steuerdaten für die Einzelphotonenquellen (436-440), einzustellen und somit eine Photonendichte einer Lichtabstrahlung der Einzelphotonenquellen (436-440), und wobei die Ansteuervorrichtung (429) dazu eingerichtet ist einen elektrischen Strom durch die jeweilige Stromquelle (463) der jeweiligen Einzelphotonenquelle (436-440) zu steuern, und wobei die Einzelphotonenquellen (436-440) dazu eingerichtet sind in Abhängigkeit von der Steuerung durch die Ansteuervorrichtung (429) die jeweiligen Einzelphotonenströme, in den QKD-Kopplungsstrahl (452) einzuspeisen. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) eine Mehrzahl der Datenbusse (402) und eine Mehrzahl der Mikrocontrollerkerne (416) umfasst, wobei die Mehrzahl der Mikrocontrollerkerne (416) unabhängig voneinander gleichzeitig auf verschiedene Teilvorrichtungen der Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) zugreifen können. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) für eine Messung und Kalibration einer Photonenrate einen Strahlteiler oder Spiegel (448) und einen Fotodetektor (451) umfasst, wobei der Strahlteiler oder Spiegel (448) dazu eingerichtet ist zumindest einen Teil des Q.KD- Kopplungsstrahls (452) auf dem Fotodetektor (451) zu richten. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontrollerkern (416) dazu eingerichtet ist eine Einzelphotonendichte im QKD- Kopplungsstrahl (452) mittels des Fotodetektors (451) zu ermitteln. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontrollerkern (416) dazu eingerichtet ist den Strahlteiler oder Spiegel (448) in den QKD-Kopplungsstrahl (452) einzufügen, insbesondere mittels eines Aktors, wobei der Mikrocontrollerkern (416) den Aktor über den internen Datenbus (402) steuert. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontrollerkern (416) dazu eingerichtet ist jeweils eine der Einzelphotonenquellen (436-440) separat zu betreiben und eine dieser Einzelphotonenquelle (436-440) zugehörige Einzelphotonendichte zu erfassen. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontrollerkern (416) dazu eingerichtet ist die Einzelphotonendichten der verschiedenen Einzelphotonenquellen (436-440) zu kalibrieren, indem der Mikrocontrollerkern (416) die Stromquellen (463) der jeweiligen Einzelphotonenquellen (436-440) derart nachsteuert, dass die von dem Fotodetektor (451) erfasste Einzelphotonendichte der jeweiligen Einzelphotonenquelle (436-440) innerhalb eines vorgesehenen Einzelphotonendichtebereichswertintervalls liegt, und/oder die von dem Fotodetektor (451) erfasste Einzelphotonendichte der jeweiligen Einzelphotonenquelle (436-440) sich von der Einzelphotonendichte einer anderen der Einzelphotonenquellen (436-440) 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. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontrollerkern (416) dazu eingerichtet ist nach beenden der Kalibration der Einzelphotonendichten der verschiedenen Einzelphotonenquellen (436-440) den Strahlteiler oder Spiegel (448) aus dem QKD-Kopplungsstrahl (452) zu entfernen, insbesondere mittels eines Aktors, wobei der Mikrocontrollerkern (416) den Aktor über den internen Datenbus (402) steuert. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Teilvorrichtung umfasst
• einen kegelförmigen Spiegel (1408), und
• einen Raumfilter (1302), insbesondere umfassend eine erste Lochblende (344) und eine zweite Lochblende (345), wobei der kegelförmige Spiegel (1408) dazu eingerichtet ist von den Einzelphotonenquellen (436-440) emittierte Einzelphotonen in eine gemeinsame Strahlrichtung zu lenken und somit zu einem gemeinsamen Strom von Einzelphotonen, dem QKD-Kopplungsstrahl (452), zusammen zu führen. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Teilvorrichtung umfasst
• wenigstens ein X/4-Plättchen (288), welches dazu eingerichtet ist von der Mehrzahl von Einzelphotonenquellen (238) emittierte Photonen um 45° zu drehen,
• wenigstens einen Strahlteiler (290), und
• eine Steuervorrichtung, wobei der wenigstens eine Strahlteiler (290) dazu eingerichtet ist von der wenigstens einen Einzelphotonenquelle (436-440) emittierte Photonen zu einem gemeinsamen Strom von Einzelphotonen, dem QKD-Kopplungsstrahl (452), zusammen zu führen. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche umfassend
• wenigstens einen Schreib/Lese-Speicher (403),
• wenigstens einen nicht beschreibbaren flüchtigen Speicher (404), und
• wenigstens einen Lese-Speicher (405), wobei der Mikrocontrollerkern (416) dazu eingerichtet ist auf dem wenigstens einen Schreib/Lese- Speicher (403) und/oder auf dem wenigstens einen Lese-Speicher (405) enthaltenen Programmcode und/oder Programmdaten abzuarbeiten, insbesondere umfasst die Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) zu diesem Zweck eine Zugriffslogik, insbesondere ist der Mikrocontrollerkern (416) dazu eingerichtet mittels des internen Datenbusses (402) auf den wenigstens einen Schreib/Lese-Speicher (403) zuzugreifen, insbesondere ist der Mikrocontrollerkern (416) dazu eingerichtet mittels des internen Datenbusses (402) auf den wenigstens einen nicht beschreibbaren flüchtigen Speicher (404) zuzugreifen. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche umfassend wenigstens einen nicht flüchtigen Hersteller-Speicher (406), welcher beschreibbar und/oder nicht-beschreibbar ausgeführt ist, insbesondere umfasst der nicht flüchtige Hersteller- Speicher (406) eine Boot-Software für den Mikrocontrollerkern (416). Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche umfassend wenigstens einen Kryptografie-Beschleuniger (407), insbesondere ist der wenigstens eine Kryptografie-Beschleuniger (407) über den internen Datenbus (402) mit dem Mikrocontrollerkern (416) verbunden. 133 Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche umfassend wenigstens eine Hersteller-Speicher-Firewall (408), welche dazu eingerichtet ist einen unautorisierten Zugriff auf den Hersteller-Speicher (406) zu unterbinden und nur nach einer entsprechenden Authentifizierung zuzulassen, insbesondere ist die wenigstens eine Hersteller-Speicher-Firewall (408) zwischen dem Hersteller-Speicher (406) und dem internen Datenbus (402) vorgesehen. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche umfassend wenigstens ein CRC-Modul (Cyclic Redundancy Check) (411), welches dazu eingerichtet ist für eine vorgegebene Menge an Daten ein CRC-Prüfdatenwort zu berechnen. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche umfassend wenigstens ein Taktgeneratormodul (412), welches dazu eingerichtet ist Systemtakte zum Betrieb einzelner Vorrichtungsteile der Einzelphotonensendevorrichtung (401) bereitzustellen. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche umfassend wenigstens ein Zeitgeber-Modul (413), welches dazu eingerichtet ist zeitliche Abläufe innerhalb der Einzelphotonensendevorrichtung (401) zu steuern. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche umfassend wenigstens eine Sicherheitsüberwachungs- und -Steuerungsschaltung (414), welche dazu eingerichtet ist eine Integrität der Einzelphotonensendevorrichtung (401) zu überwachen und ggf. Gegenmaßnahmen bei einem Angriff zu initiieren, insbesondere ist die wenigstens eine Sicherheitsüberwachungs- und -Steuerungsschaltung (414) dazu eingerichtet einen Angriff zu detektieren und ggf. die Einzelphotonensendevorrichtung (401) für einen Zugriff auf Speicherinhalte der Speicher (403, 404, 405) für einen vorzugsweise vorbestimmten Zeitraum zu sperren und/oder Inhalte der Speicher (403, 404, 405) ganz oder teilweise zu löschen, und/oder Inhalte der Speicher (403, 404, 405) auf vordefinierte Werte zu setzen, und/oder mit unsinnigen Daten zu überschreiben, und/oder auf andere Art zu manipulieren. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche umfassend wenigstens einen quantenprozessbasierenden Generator (415), welcher dazu eingerichtet ist echte Zufallszahlen zu generieren. 134 Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche umfassend wenigstens eine Datenschnittstelle (417). Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche umfassend wenigstens ein Basistakterzeuger (421), welcher dazu eingerichtet ist dem wenigstens einen Taktgeneratormodul jeweils einen Basistakt bereitzustellen. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche umfassend wenigstens eine Rücksetzschaltung (422), welche dazu eingerichtet ist die Einzelphotonensendevorrichtung (401) und/oder Teilvorrichtungen der Einzelphotonensendevorrichtung (401) in einen vordefinierten Zustand zu setzen, wenn vorbestimmte oder bestimmbare Rücksetzbedingungen und/oder Kombinationen und/oder zeitliche Abfolgen solcher Rücksetzbedingungen vorliegen. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche umfassend wenigstens eine Stromversorgungs- oder VCC-Schaltung (423) mit Spannungsreglern, welche Stromversorgungs- oder VCC-Schaltung (423) dazu eingerichtet ist eine Betriebsspannung bereitzustellen. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche umfassend wenigstens eine Masseschaltung (424), welche dazu eingerichtet ist die Einzelphotonensendevorrichtung (401) gegen Verpolung und Angriffe über eine Masseleitung zu schützen. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche umfassend wenigstens eine Eingangs-/Ausgangsschaltung (425), welche dazu eingerichtet ist der Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) zu gestatten, weitere Vorrichtungen anzusteuern oder auszulesen oder auf andere Weise mit diesen zu kommunizieren. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche umfassend wenigstens ein Verarbeitungsmodul, welches dazu eingerichtet ist über den internen Datenbus (402) mit dem Mikrocontrollerkern (416) zu kommunizieren, insbesondere umfasst das wenigstens eine Verarbeitungsmodul das wenigstens eine CRC-Modul (411), und/oder den wenigstens einen Kryptografie-Beschleuniger (407), und/oder das wenigstens eine Taktgeneratormodul (412), und/oder das wenigstens eine Zeitgeber-Modul (413), und/oder die 135 wenigstens eine Sicherheitsüberwachungs- und -Steuerungsschaltung (414), und/oder den wenigstens einen quantenprozessbasierende Generator für echte Zufallszahlen (415), und/oder den wenigstens einen Mikrocontrollerkern (416), und/oder die wenigstens eine Datenschnittstelle (417). Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche umfassend wenigstens einen Watchdog-Timer, welcher dazu eingereicht ist eine Abarbeitung verschiedener Programmteile durch den wenigstens einen Mikrocontrollerkern (416) zu überwachen, insbesondere ist der wenigstens eine Watchdog-Timer in der wenigstens einen Sicherheitsüberwachungs- und -Steuerungsschaltung (414) integriert. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) dazu eingerichtet ist 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 Autos (802), mit denen der Mikrokontrollerkern (416) der Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) über die wenigstens eine Datenschnittstelle (417) der Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) kommuniziert, und/oder weitere Anwendungsdaten zu speichern. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der wenigstens einen Masseschaltung (424) und/oder eine oder mehrere der wenigstens einen Stromversorgungs- oder VCC-Schaltung (423) dazu eingerichtet sind derart zusammenzuwirken, dass eine Modulation eines Stromverbrauchs und/oder eines Innenwiderstands und/oder eines Spannungsabfalls zwischen Versorgungsspannungsanschlüssen der Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) keine Rückschlüsse auf einen Betriebsablauf und/oder einen Zustand der Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) zumindest zeitweise zulässt. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) einen Analog-Digital-Wandler umfasst, 136 welcher dazu eingerichtet ist dem Mikrocontrollerkern (416) zu erlauben, interne analoge Werte, wie z.B. eine Betriebsspannung und externe analoge Werte zu überwachen. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der Ansprüche 19 bis 30 dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine quantenprozessbasierende Generator (415), insbesondere auf Anfrage des wenigstens einen Mikrocontrollerkerns (416), dazu eingerichtet ist eine oder mehrere Zufallszahlen zu erzeugen. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Mikrocontrollerkern (416) 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. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Mikrocontrollerkern (416) dazu eingerichtet ist mit Hilfe eines jeweiligen Programms des betreffenden Mikrocontrollerkerns (416) und mit Hilfe eines jeweiligen Schlüssels der erzeugten Schlüssel Daten zu verschlüsseln und/oder zu entschlüsseln, welche Daten von dem wenigstens einen Mikrocontrollerkern (416) typischerweise über die wenigstens eine Datenschnittstelle (417) der Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) mit Vorrichtungen außerhalb der Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) austauscht. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) wenigstens eine drahtlose Datenschnittstelle (426) für eine Kommunikation mit einem anderen Rechnersystem umfasst, insbesondere über eine jeweilige Antenne (427) der wenigstens einen drahtlosen Datenschnittstelle (426), wobei die jeweilige Antenne (427) dazu eingerichtet ist ein elektromagnetisches Signal (428) auszusenden, welches die Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) mit einer Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) drahtgebunden oder drahtlos austauscht. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, 137 dass die Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) ein mobiles Gerät ist, 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 Flugoder 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. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) wenigstens einen biometrischen Sensor (468) umfasst. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) wenigstens ein Mittel (1409) für eine Identifikation einer die Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) benutzende Person umfasst. Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) Ausrichthilfsmittel (456, 457, 460, 455, 459, 461), insbesondere eine Laser-Pointer-Diode (459), zum Ausrichten der Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gegenüber einer Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) aufweist. Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) zum Empfangen eines von einer Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche gesendeten QKD-Kopplungsstrahls (452), wobei der Einzelphotonenempfänger (601) umfasst ein Einzelphotonendetektorsystem (1603), welches dazu eingerichtet ist ein polarisationsmoduliertes Einzelphotonensignal zu empfangen, wobei 138 das Einzelphotonendetektorsystem (1603) wenigstens einen Einzelphotonendetektor (677-680) aufweist, wobei der wenigstens eine Einzelphotonendetektor (677-680) dazu eingerichtet ist den QKD-Kopplungsstrahl (452) der Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) zu erfassen, und
• wenigstens einen Mikrocontrollerkern (616), und
• wenigstens einen internen Datenbus (602). Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontrollerkern (616) dazu eingerichtet ist über den internen Datenbus (602) eine interne Datenkommunikation abzuwickeln. Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) wenigstens einen Schreib/Lese-Speicher RAM (603) zur Speicherung und zur Bereitstellung und Nutzung von Daten und Programmbefehlen durch den Mikrocontrollerkern (616) aufweist. Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) wenigstens einen beschreibbaren nicht flüchtigen Speicher (604) aufweist. Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) wenigstens einen nicht flüchtigen, reinen Lese-Speicher (605) aufweist. Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 42 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontrollerkern (616) dazu eingerichtet ist Programmcode und Programmdaten abzuarbeiten, welcher auf dem beschreibbaren nicht flüchtigen Speicher (604) und/oder auf dem nicht flüchtigen, reinen Lese-Speicher (605) abgelegt ist. Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 44, dadurch gekennzeichnet, 139 dass die Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) wenigstens einen nicht flüchtigen, beschreibbaren und/oder nicht beschreibbaren Hersteller-Speicher (606) aufweist. Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) wenigstens einen Kryptografie- Beschleuniger (607) aufweist. Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) wenigstens eine Hersteller-Speicher-Firewall (608) umfasst, welcher dazu eingerichtet ist einen unautorisierten Zugriff auf einen Herstellerspeicher (606) zu unterbinden und nur nach entsprechender Authentifizierung, beispielsweise mittels eines Passworts, zuzulassen. Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) wenigstens ein CRC-Modul (Cyclic Redundancy Check) (611) aufweist. Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) wenigstens ein Taktgeneratormodul (612) aufweist. Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) wenigstens ein Zeitgeber-Modul (613) umfasst, welches dazu eingerichtet ist zeitliche Abläufe innerhalb der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) zu steuern. Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) wenigstens eine Sicherheitsüberwachungsund -Steuerungsschaltung (614) aufweist, welche dazu eingerichtet ist eine Integrität der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) zu überwachen und ggf. Gegenmaßnahmen bei einem Angriff zu initiieren. 140 Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 51, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) wenigstens einen quantenprozessbasierenden Generator für echte Zufallszahlen (615) aufweist. Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 52, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) wenigstens eine Datenschnittstell (617) aufweist, welche dazu eingerichtet ist eine Datenkommunikation mit anderen Rechnersystemen durchzuführen. Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 53, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) wenigstens einen Basistakterzeuger (621) umfasst. Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 54, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) wenigstens eine Rücksetzschaltung (622) aufweist. Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 55, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) wenigstens eine Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltung (623) mit Spannungsregler umfasst, wobei die Stromversorgungs- oder Vcc- Schaltung (623) dazu eingerichtet ist eine Betriebsspannung für ein Mikrocontroller-System der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) und andere Teilvorrichtungen der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) bereitzustellen. Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltung (623) eine Ladeschaltung und eine erste Ladespule zur induktiven Kopplung an eine zweite Ladespule umfasst. Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 57, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) wenigstens eine Masseschaltung (624) 141 aufweist, welche dazu eingerichtet ist die Vorrichtung gegen Verpolung und Angriffe über die Masseleitung zu schützen. Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 58, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) wenigstens eine Eingangs-/ Ausgangsschaltung (625) aufweist, welche dazu eingerichtet ist der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) zu gestatten weitere Vorrichtungen anzusteuern oder auszulesen oder sonst wie mit diesen zu kommunizieren. Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücksetzschaltung (622) einen Watchdog-Timer umfasst. Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 56 bis 60, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der wenigstens einen Masseschaltung (624) und/oder eine oder mehrere der wenigstens einen Stromversorgungs- oder Vcc-Schaltung (623) dazu eingerichtet sind derart Zusammenwirken, dass eine Modulation des Stromverbrauchs und/oder des Innenwiderstands und/oder des Spannungsabfalls zwischen Versorgungsspannungsanschlüssen der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) keine Rückschlüsse auf Betriebsabläufe und/oder Zustände der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) zumindest zeitweise zulässt. Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 61, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere des wenigstens einen Mikrocontrollerkerns (616) dazu eingerichtet sind mittels eines jeweiligen Programms aus einem oder mehreren ihrer Speicherelemente und mit Hilfe einer oder mehrerer erzeugter Zufallszahlen einen oder mehrere Schlüssel zu erzeugen, insbesondere ist der wenigstens eine Mikrocontrollerkern (616) dazu eingerichtet mit Hilfe eines jeweiligen Programms des betreffenden Mikrocontrollerkerns (616) und mit Hilfe eines jeweiligen Schlüssels der erzeugten Schlüssel Daten verschlüsseln und/oder entschlüsseln, welche über eine oder mehrere Datenschnittstellen der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) mit Vorrichtungen außerhalb der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) ausgetauscht werden. Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 62, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) wenigstens eine drahtlose und/oder wenigstens eine drahtgebundene Datenschnittstelle (626) aufweist, wobei die drahtgebundene Datenschnittstelle (626) dazu eingerichtet ist über einen drahtgebundenen Datenkanal mittels eines elektromagnetischen Datensignals Daten zwischen der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) und der Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) auszutauschen, und wobei die drahtlose Datenschnittstelle (626) jeweils wenigstens eine Antenne (627) aufweist. Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 63, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) eine Auswerteschaltung (672) aufweist. Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 64, dadurch gekennzeichnet, dass das Einzelphotonendetektorsystem (1603) umfasst
• wenigstens einen Empfangskanal für Einzelphotonen,
• optional wenigstens eine Empfangsoptik (681), welche dazu eingerichtet ist einkommende Einzelphotonen des QKD-Kopplungsstrahls (452) auf die Einzelphotonendetektoren (677-680) zu fokussieren,
• wenigstens einen polarisierenden Strahlteiler (683, 684, 690), und
• wenigstens ein X/4-Plättchen und/oder Polarisationsdrehvorrichtung (688). Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 65, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) einen Ausrichtungsempfänger (699) für eine Ausrichtung der Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gegenüber der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) aufweist, insbesondere ist der Ausrichtungsempfänger (699) dazu eingerichtet einen Laser-Pointer-Strahl (462) der Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) zu erfassen. Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß Anspruch 66, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausrichtungsempfänger (699) umfasst einen Empfänger (1601), insbesondere ist der Empfänger (1601) dazu eingerichtet den Laser-Pointer-Strahl (462) zu erfassen, • ein optisches System (1602),
• eine Schnittstelle (1606), welche dazu eingerichtet ist Messdaten des Empfängers (1601) zu erhalten, insbesondere ist die Schnittstelle (1601) dazu eingerichtet dem Mikrocontrollerkern (616) über den internen Datenbus (602) zu signalisieren, ob der Empfänger (1601) über das optische System (1602) ausreichend Licht des Laser- Pointer-Strahls (462) zur Ausrichtung der Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) empfängt. Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß Anspruch 67, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontrollerkern (616) dazu eingerichtet ist entsprechend einer Signalisierung der Schnittstelle (1601) eine Erzeugung eines gemeinsamen Quantenschlüssels für die Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) und die Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) zu starten. Verfahren zur Erzeugung eines gemeinsamen Quantenschlüssels für eine Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 38 und einer Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 68, dadurch gekennzeichnet, dass
• ein Mikrocontrollerkern (616) der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) entsprechend einer Signalisierung einer Schnittstelle (1601) der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) die Erzeugung des gemeinsamen Quantenschlüssels für die Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) und die Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) startet, indem der Mikrocontrollerkern (616) der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) einem Mikrocontrollerkern (416) der Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) signalisiert, dass eine Vereinbarung eines Quantenschlüssels starten kann,
• der Mikrocontrollerkern (416) der Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) die Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) veranlasst einen polarisationsmodulierten Strom von Einzelphotonen als QKD-Kopplungsstrahl (452) zu erzeugen, insbesondere unter Nutzung einer Zufallszahl seines quantenprozessbasierenden Generators für echte Zufallszahlen (415) der Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471), und 144
• die Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) den von der
Einzelphotonensendevorrichtung (401,471) erzeugten polarisationsmodulierten
Einzelphotonendatenstrom des QKD-Kopplungsstrahls (452) empfängt. Integrierter QKD-Schaltkreis (701) umfassend eine Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 38 und/oder eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 68. Autoschlüssel, umfassend eine Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 38 und/oder eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 68. Autoschlüssel gemäß Anspruch 71, umfassend
• eine Einzelphotonenquelle (436-439),
• einen quantenprozessbasierenden Generator (415), und
• eine Ansteuervorrichtung (429), wobei der quantenprozessbasierende Generator (415) dazu eingerichtet ist eine oder mehrere Zufallszahlen bereitzustellen, und wobei die Ansteuervorrichtung (429) dazu eingerichtet ist in Abhängigkeit von einer oder mehrerer der bereitgestellten Zufallszahlen ein Polarisationssteuersignal zu erzeugen, und wobei die Einzelphotonenquelle (436-440) dazu eingerichtet sind einzelne Photonen, im Folgenden mit dem Begriff Einzelphotonen bezeichnet, mit einer Polarisation zu erzeugen, wobei die Polarisation der Einzelphotonen von dem Polarisationssteuersignal abhängt, und wobei die Einzelphotonenquelle (436-440) dazu eingerichtet sind die Einzelphotonen zeitlich hintereinander und zeitlich getrennt zu emittieren, und wobei der Autoschlüssel über Mittel verfügt, diese Einzelphotonen an eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) eines Autos (802) zu übermitteln, und wobei der Autoschlüssel über eine drahtlose Datenschnittstelle (426), insbesondere eine Funkschnittstelle verfügt, wobei die drahtlose Datenschnittstelle (426) dazu eingerichtet ist Synchronisationssignale zwischen dem Autoschlüssel und der 145
Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) auszutauschen. Autoschlüssel gemäß Anspruch 72, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuervorrichtung (429) dazu eingerichtet ist mittels der Einzelphotonenquellen(436- 440) vor Beginn einer Übermittlung eines Schlüssels an eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) eines Autos (802) einen vordefinierten Empfangscode mittels Amplitudenmodulation ohne Polarisationsmodulation einmal oder mehrfach für eine vordefinierte Zeit als Synchronisationsinformation zu senden. Autoschlüssel gemäß Anspruch 73, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuervorrichtung (429) dazu eingerichtet ist mittels einer Zeitbasis der Ansteuervorrichtung (429) zu vorbestimmten Zeitenräumen und in Abhängigkeit von einer oder mehrerer der bereitgestellten Zufallszahlen ein Polarisationssteuersignal zu erzeugen, um die Einzelphotonenquelle (436-440) zur Emission von einzelnen Einzelphotonen zu veranlassen. Autoschlüssel gemäß Anspruch 74, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger Beginn der vorbestimmten Zeiträume von einer Zufallszahl, insbesondere von einer Zufallszahl des quantenprozessbasierenden Generators (415), abhängt. Autoschlüssel gemäß einem der Ansprüche 72 bis 75, dadurch gekennzeichnet, dass der Autoschlüssel umfasst
• eine erste Einzelphotonenquelle (436),
• eine zweite Einzelphotonenquelle (437),
• eine dritte Einzelphotonenquelle (438), und eine
• eine vierte Einzelphotonenquelle (439), wobei jede der Einzelphotonenquellen (436-439) in einen optischen Sendepfad (152) einstrahlt, und wobei jede der Einzelphotonenquellen (436-439) in einer Polarisationsrichtung polarisiertes Licht emittiert, und wobei die Polarisationsrichtung der ersten Einzelphotonenquelle (436) um 45° gegenüber der Polarisationsrichtung der dritten Einzelphotonenquelle (438) verdreht ist, und wobei die Polarisationsrichtung der ersten Einzelphotonenquelle (436) um 90° gegenüber der Polarisationsrichtung der zweiten Einzelphotonenquelle (437) verdreht ist, und wobei die Polarisationsrichtung der ersten Einzelphotonenquelle (436) um 135° gegenüber der Polarisationsrichtung der vierten Einzelphotonenquelle (439) verdreht ist, und 146 wobei die Ansteuervorrichtung (429) dazu eingerichtet ist mittels des Polarisationssteuersignals die erste Einzelphotonenquelle (436), die zweite Einzelphotonenquelle (437), die dritte Einzelphotonenquelle (438) und die vierte Einzelphotonenquelle (439) zu steuern. Autoschlüssel gemäß einem der Ansprüche 71 bis 76, dadurch gekennzeichnet, dass der Autoschlüssel zur Mischung vertikal und horizontal polarisierter Photonen einen doppelbrechenden Kristall umfasst. Autoschlüssel gemäß einem der Ansprüche 71 bis 77, dadurch gekennzeichnet, dass der Autoschlüssel zur Mischung vertikal und horizontal polarisierter Photonen einen kegelförmigen Spiegel (1301/1408) umfasst. Autoschlüssel gemäß einem der Ansprüche 71 bis 78, dadurch gekennzeichnet, dass der Autoschlüssel einen Raumfilter (1302) umfasst. Autoschlüssel gemäß einem der Ansprüche 76 bis 79, dadurch gekennzeichnet, dass der Autoschlüssel umfasst
• ein X/4-Plättchen (288),
• einen nicht polarisierenden ersten Strahlteiler (283),
• einen polarisierenden zweiten Strahlteiler (284), und
• einen polarisierenden dritten Strahlteiler (290), wobei der dritte Strahlteiler (290) dazu eingerichtet ist diejenigen Photonen der vierten Einzelphotonenquelle (439) in einen zweiten gedrehten Signalpfad (SP21) einzuspeisen, wenn sie eine vertikale Polarisation aufweisen, und in den zweiten gedrehten Signalpfad (SP21) nicht einzuspeisen, wenn sie eine horizontale Polarisation aufweisen, und wobei der dritte Strahlteiler (290) dazu eingerichtet ist diejenigen Photonen der dritten Einzelphotonenquelle (438) in den zweiten gedrehten Signalpfad (SP21) einzuspeisen, wenn sie eine horizontale Polarisation aufweisen, und in zweiten gedrehten Signalpfad (SP21) nicht einzuspeisen, wenn sie eine vertikale Polarisation aufweisen, und wobei das X/4-Plätchen (288) dazu eingerichtet ist die Photonen im zweiten gedrehten Signalpfad (SP21) um 45° zu drehen und in einen zweiten Signalpfad (SP2) einzuspeisen, und wobei der zweite Strahlteiler (284) dazu eingerichtet ist diejenigen Photonen der zweiten Einzelphotonenquelle (437) in einen ersten Signalpfad (SP1) einzuspeisen, wenn sie eine 147 vertikale Polarisation aufweisen, und in den ersten Signalpfad (SP1) nicht einzuspeisen, wenn sie eine horizontale Polarisation aufweisen, und wobei der zweite Strahlteiler (284) dazu eingerichtet ist diejenigen Photonen der ersten Einzelphotonenquelle (436) in den ersten Signalpfad (SP1) einzuspeisen, wenn sie eine horizontale Polarisation aufweisen, und in den ersten Signalpfad (SP1) nicht einzuspeisen, wenn sie eine vertikale Polarisation aufweisen, und wobei der erste Strahlteiler (283) dazu eingerichtet ist die Photonen des ersten Signalpfads (SP1) und die Photonen des zweiten Signalpfads (SP2) in einen gemeinsamen Sendesignalpfad (152) zu lenken. Auto (802), umfassend eine Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 38 und/oder eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 68. Auto (802) gemäß Anspruch 81, dadurch gekennzeichnet, dass das Auto (802) umfasst
• einen ersten Einzelphotonendetektor (677),
• einen zweiten Einzelphotonendetektor (678),
• einen dritten Einzelphotonendetektor (679),
• einen vierten Einzelphotonendetektor (680),
• eine Auswerteschaltung (672),
• eine Funkschnittstelle, und
• einen nicht polarisierenden ersten Strahlteiler (183), wobei das Auto (802) dazu eingerichtet ist ein Lichtsignal eines Autoschlüssels nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche zu empfangen, und wobei der erste Strahlteiler (183) dazu eingerichtet ist Photonen des Lichtsignals mit einer Wahrscheinlichkeit von im Wesentlichen 50% auf einen ersten Signalpfad (1604) oder einen zweiten Signalpfad (187) umzulenken, und wobei der erste Einzelphotonendetektor (677) dazu eingerichtet ist horizontal polarisierte Photonen im ersten Signalpfad (1604) zu detektieren, und wobei der zweite Einzelphotonendetektor (678) dazu eingerichtet ist vertikal polarisierte Photonen im ersten Signalpfad (1604) zu detektieren, und wobei der dritte Einzelphotonendetektor (679) dazu eingerichtet ist +45° polarisierte Photonen im zweiten Signalpfad (187) zu detektieren, und 148 wobei der vierte Einzelphotonendetektor (680) dazu eingerichtet ist -45° polarisierte Photonen im zweiten Signalpfad (187) zu detektieren, und wobei die Auswerteschaltung (672) dazu eingerichtet ist Synchronisationssignale mit dem Autoschlüssel nach einem der Ansprüche 71 bis 80 über die Funkschnittstelle auszutauschen, und wobei die Auswerteschaltung (672) dazu eingerichtet ist in Abhängigkeit von den Synchronisationssignalen Empfangssignale des ersten Einzelphotonendetektors (677), des zweiten Einzelphotonendetektors (678), des dritten Einzelphotonendetektors (679) und des vierten Einzelphotonendetektors (680) auszuwerten und eine Bitfolge zu extrahieren, und wobei die Auswerteschaltung (672) dazu eingerichtet ist auf Basis der Bitfolge einen Schlüssel zu erzeugen, und wobei die Auswerteschaltung (672) dazu eingerichtet ist Daten des Autoschlüssels, die die Auswerteschaltung (672) über die Funkschnittstelle erhalten hat, zu entschlüsseln und/oder wobei die Auswerteschaltung (672) dazu eingerichtet ist Daten zu verschlüsseln und über die Funkschnittstelle an den Autoschlüssel zu senden. 3. Auto (802) nach Anspruch 82, dadurch gekennzeichnet, dass das Auto (802) umfasst
• X/4-Plätchen (188),
• einen polarisierenden zweiten Strahlteiler (184), und
• einen polarisierenden dritten Strahlteiler (190), wobei das X/4-Plätchen (188) dazu eingerichtet ist die Photonen im zweiten Signalpfad (187) um 45° zu drehen und in einen gedrehten zweiten Signalpfad (189) einzuspeisen, und wobei der dritte Strahlteiler (190) dazu eingerichtet ist die Photonen des Lichts im gedrehten zweiten Signalpfad (189), die eine vertikale Polarisation aufweisen, auf den vierten Einzelphotonendetektor (680) zu lenken, und wobei der dritte Strahlteiler (190) dazu eingerichtet ist die Photonen des Lichts im gedrehten zweiten Signalpfad (189), die eine horizontale Polarisation aufweisen, auf den dritten Einzelphotonendetektor (679) zu lenken, und wobei der zweite Strahlteiler (184) dazu eingerichtet ist die Photonen des Lichts im ersten Signalpfad (1604), die eine vertikale Polarisation aufweisen, auf den zweiten Einzelphotonendetektor (678) zu lenken, und wobei der zweite Strahlteiler (184) dazu eingerichtet ist die Photonen des Lichts im ersten Signalpfad (1604), die eine horizontale Polarisation aufweisen, auf den ersten Einzelphotonendetektor (677) zu lenken. 149 Auto (802) gemäß einem der Ansprüche 82 oder 83, umfassend eine
Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 68, wobei eine Ansteuerelektronik der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) dazu eingerichtet ist einen vordefinierten Empfangscode mittels Amplitudenmodulation ohne Polarisationsmodulation einmal oder mehrfach für eine vordefinierte Zeit als Synchronisationssignal von dem Autoschlüssel zu empfangen, und wobei die Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) dazu eingerichtet ist, insbesondere mittels eines Synchrondemodulators der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601), oder mittels eines Optimalfilters der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601), eine Zeitbasis der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) mit einer Zeitbasis der Ansteuervorrichtung (429) des Autoschlüssels nach einem der Ansprüche 71 bis 80 zu synchronisieren, und wobei die Auswerteschaltung (672) dazu eingerichtet ist in Abhängigkeit von der so synchronisierten Zeitbasis die Empfangssignale des ersten Einzelphotonendetektors (677), des zweiten Einzelphotonendetektors (678), des dritten Einzelphotonendetektors (679) und des vierten Einzelphotonendetektors (680) auszuwerten und eine Bitfolge zu extrahieren. Auto (802) gemäß Anspruch 84, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerelektronik der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) dazu eingerichtet ist mittels ihrer Zeitbasis zu vorbestimmten Zeitenräumen und in Abhängigkeit von einer oder mehrerer der bereitgestellten und/oder vom Autoschlüssel empfangenen Zufallszahlen die Empfangssignale der Einzelphotonenquellen (436-439) auszuwerten. Auto (802) gemäß Anspruch 85, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger Beginn der vorbestimmten Zeiträume von einer Zufallszahl, insbesondere von einer Zufallszahl des quantenprozessbasierenden Generators (415) des Autoschlüssels, abhängt. Auto (802) gemäß einem der Ansprüche 82 bis 86, umfassend
• eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 68,
• einen ersten Einzelphotonendetektor (677) der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601),
• einen zweiten Einzelphotonendetektor (678) der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601), 150
• einen dritten Einzelphotonendetektor (679) der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601), und
• einen vierten Einzelphotonendetektor (680) der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601), wobei jeder der Einzelphotonendetektoren (677-680) dazu eingerichtet ist Photonen aus einem optischen Empfangspfad (152) zu erhalten, und wobei jeder der Einzelphotonendetektoren (677-680) dazu eingerichtet ist nur in einer Polarisationsrichtung polarisiertes Licht zu empfangen, und wobei die Polarisationsrichtung des ersten Einzelphotonendetektors (677) um 45° gegenüber der Polarisationsrichtung des dritten Einzelphotonendetektors (679) verdreht ist, und wobei die Polarisationsrichtung des ersten Einzelphotonendetektors (677) um 90° gegenüber der Polarisationsrichtung des zweiten Einzelphotonendetektors (678) verdreht ist, und wobei die Polarisationsrichtung desersten Einzelphotonendetektors (677) um 135° gegenüber der Polarisationsrichtung des vierten Einzelphotonendetektors (680) verdreht ist. Auto (802) gemäß einem der Ansprüche 82 bis 87, dadurch gekennzeichnet, dass das Auto (802) zur Entmischung vertikal und horizontal polarisierter Photonen einen doppelbrechenden Kristall umfasst. Auto (802) gemäß Anspruch 81, dadurch gekennzeichnet, dass das Auto (802) umfasst
• eine Einzelphotonenquelle (436-439),
• einen quantenprozessbasierenden Generator (415), und
• einer Ansteuervorrichtung (429), wobei der quantenprozessbasierende Generator (415) dazu eingerichtet ist eine oder mehrere Zufallszahlen bereitzustellen, und wobei die Ansteuervorrichtung (429) dazu eingerichtet ist in Abhängigkeit von einer oder mehrerer der bereitgestellten Zufallszahlen ein Polarisationssteuersignal zu erzeugen, und wobei die Einzelphotonenquelle (436-439) dazu eingerichtet ist einzelne Photonen, im Folgenden mit dem Begriff Einzelphotonen bezeichnet, mit einer Polarisation zu erzeugen, wobei die Polarisation der Einzelphotonen von dem Polarisationssteuersignal abhängt, und wobei die Einzelphotonenquelle (436-439) dazu eingerichtet ist die Einzelphotonen zeitlich hintereinander und zeitlich getrennt zu emittieren, und 151 wobei das Auto (802) über Mittel verfügt, die dazu eingerichtet sind diese Einzelphotonen an eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) eines Autoschlüssels zu übermitteln, und wobei das Auto (802) über eine drahtlose Datenschnittstelle (426), insbesondere eine Funkschnittstelle verfügt, wobei die drahtlose Datenschnittstelle (426) dazu eingerichtet ist Synchronisationssignale zwischen dem Auto (802) und der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) auszutauschen. Auto (802) gemäß Anspruch 89, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuervorrichtung (429) dazu eingerichtet ist mittels der Einzelphotonenquelle (436- 439) vor Beginn einer Übermittlung eines Schlüssels an die Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) des Autoschlüssels einen vordefinierten Empfangscode mittels Amplitudenmodulation ohne Polarisationsmodulation einmal oder mehrfach für eine vordefinierte Zeit als Synchronisationsinformation zu senden. Auto (802) gemäß Anspruch 90, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuervorrichtung (429) dazu eingerichtet ist mittels einer Zeitbasis der Ansteuervorrichtung (429) zu vorbestimmten Zeitenräumen und in Abhängigkeit von einer oder mehrerer der bereitgestellten Zufallszahlen das Polarisationssteuersignal zu erzeugen, um die Einzelphotonenquelle (436-439) zur Emission von einzelnen Einzelphotonen zu veranlassen. Auto (802) gemäß Anspruch 91, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger Beginn der vorbestimmten Zeiträume von einer Zufallszahl, insbesondere von einer Zufallszahl des quantenprozessbasierenden Generators (415), abhängt. Auto (802) gemäß einem der Ansprüche 89 bis 92, dadurch gekennzeichnet, dass das Auto (802) umfasst
• eine erste Einzelphotonenquelle (436),
• eine zweite Einzelphotonenquelle (437),
• eine dritte Einzelphotonenquelle (438),
• eine vierte Einzelphotonenquelle (439), wobei jede der Einzelphotonenquellen (436-439) dazu eingerichtet ist in einen optischen Sendepfad (152) einzustrahlen, und wobei jede der Einzelphotonenquellen (436-439) dazu eingerichtet ist in einer Polarisationsrichtung polarisiertes Licht zu emittieren, und 152 wobei die Polarisationsrichtung der ersten Einzelphotonenquelle (436) um 45° gegenüber der Polarisationsrichtung der dritten Einzelphotonenquelle (438) verdreht ist, und wobei die Polarisationsrichtung der ersten Einzelphotonenquelle (436) um 90° gegenüber der Polarisationsrichtung der zweiten Einzelphotonenquelle (437) verdreht ist, und wobei die Polarisationsrichtung der ersten Einzelphotonenquelle (436) um 135° gegenüber der Polarisationsrichtung der vierten Einzelphotonenquelle (439) verdreht ist, und wobei die Ansteuervorrichtung (429) dazu eingerichtet ist mittels des Polarisationssteuersignals die erste Einzelphotonenquelle (436), die zweite Einzelphotonenquelle (437), die dritte Einzelphotonenquelle (438) und die vierte Einzelphotonenquelle (439) zu steuern. Auto (802) gemäß einem der Ansprüche 89 bis 93, dadurch gekennzeichnet, dass das Auto (802) zur Mischung vertikal und horizontal polarisierter Photonen einen doppelbrechenden Kristall umfasst. Auto (802) gemäß einem der Ansprüche 89 bis 94, dadurch gekennzeichnet, dass das Auto (802) zur Mischung vertikal und horizontal polarisierter Photonen einen kegelförmigen Spiegel (1408) umfasst. Auto (802) gemäß einem der Ansprüche 89 bis 95, dadurch gekennzeichnet, dass das AutO (802) einen Raumfilter (1302/444, 445) umfasst. Auto (802) gemäß einem der Ansprüche 93 bis 96, dadurch gekennzeichnet, dass das Auto (802) umfasst
• ein X/4-Plättchen (288),
• einen nicht polarisierenden ersten Strahlteiler (283),
• einen polarisierenden zweiten Strahlteiler (284), und
• einen polarisierenden dritten Strahlteiler (290), wobei der dritte Strahlteiler (290) dazu eingerichtet ist diejenigen Photonen der vierten Einzelphotonenquelle (439) in einen zweiten gedrehten Signalpfad (SP2') einzuspeisen, wenn sie eine vertikale Polarisation aufweisen, und in den zweiten gedrehten Signalpfad (SP2') nicht einzuspeisen, wenn sie eine horizontale Polarisation aufweisen, und wobei der dritte Strahlteiler (290) dazu eingerichtet ist diejenigen Photonen der dritten Einzelphotonenquelle (438) in einen zweiten gedrehten Signalpfad (SP2') einzuspeisen, wenn sie eine horizontale Polarisation aufweisen, und in zweiten gedrehten Signalpfad (SP2') nicht einzuspeisen, wenn sie eine vertikale Polarisation aufweisen, und 153 wobei das X/4-Plätchen (288) dazu eingerichtet ist die Photonen im zweiten gedrehten
Signalpfad (SP2') um 45° zu drehen und in einen zweiten Signalpfad (SP2) einzuspeisen, und wobei der zweite Strahlteiler (284) dazu eingerichtet ist diejenigen Photonen der zweiten Einzelphotonenquelle (437) in einen ersten Signalpfad (SP1) einzuspeisen, wenn sie eine vertikale Polarisation aufweisen, und in den ersten Signalpfad (SP1) nicht einzuspeisen, wenn sie eine horizontale Polarisation aufweisen, und wobei der zweite Strahlteiler (284) dazu eingerichtet ist diejenigen Photonen der ersten Einzelphotonenquelle (436) in den ersten Signalpfad (SP1) einzuspeisen, wenn sie eine horizontale Polarisation aufweisen, und in den ersten Signalpfad (SP1) nicht einzuspeisen, wenn sie eine vertikale Polarisation aufweisen, und wobei der erste Strahlteiler (283) dazu eingerichtet ist die Photonen des ersten Signalpfads (SP1) und des zweiten Signalpfads (SP2) in einen gemeinsamen Sendesignalpfad (152) zu lenken. Autoschlüssel gemäß Anspruch 71, dadurch gekennzeichnet, dass der Autoschlüssel umfasst
• einen ersten Einzelphotonendetektor (677),
• einen zweiten Einzelphotonendetektor (678),
• einen dritten Einzelphotonendetektor (679),
• einen vierten Einzelphotonendetektor (680),
• eine Auswerteschaltung (672),
• eine Funkschnittstelle, und
• einen nicht polarisierenden ersten Strahlteiler (183), wobei der Autoschlüssel dazu eingerichtet ist ein Lichtsignal eines Autos (802) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche zu empfangen, und wobei der erste Strahlteiler (183) Photonen des Lichtsignals mit einer Wahrscheinlichkeit von im Wesentlichen 50% auf einen ersten Signalpfad (1604) oder einen zweiten Signalpfad (187) umzulenken, und wobei der erste Einzelphotonendetektor (677) dazu eingerichtet ist horizontal polarisierte Photonen im ersten Signalpfad (1604) zu detektieren, und wobei der zweite Einzelphotonendetektor (678) dazu eingerichtet ist vertikal polarisierte Photonen im ersten Signalpfad (1604) zu detektieren, und 154 wobei der dritte Einzelphotonendetektor (679) dazu eingerichtet ist +45° polarisierte Photonen im zweiten Signalpfad (187) zu detektieren, und wobei der vierte Einzelphotonendetektor (680) dazu eingerichtet ist -45° polarisierte Photonen im zweiten Signalpfad (187) zu detektieren, und wobei die Auswerteschaltung (672) dazu eingerichtet ist Synchronisationssignale mit dem Auto (802) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche über die Funkschnittstelle auszutauschen, und wobei die Auswerteschaltung (672) dazu eingerichtet ist in Abhängigkeit von den Synchronisationssignalen Empfangssignale des ersten Einzelphotonendetektors (677), des zweiten Einzelphotonendetektors (678), des dritten Einzelphotonendetektors (679) und des vierten Einzelphotonendetektors (680) auszuwerten und eine Bitfolge zu extrahieren, und wobei die Auswerteschaltung (672) dazu eingerichtet ist auf Basis der Bitfolge einen Schlüssel zu erzeugen, und wobei die Auswerteschaltung (672) dazu eingerichtet ist Daten des Autos (802) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, die die Auswerteschaltung (672) über die Funkschnittstelle erhalten hat, zu entschlüsseln und/oder wobei die Auswerteschaltung (672) dazu eingerichtet ist Daten zu verschlüsseln und über die Funkschnittstelle an das Auto (802) nach einem der Ansprüche 89 bis 97 zu senden. Autoschlüssel gemäß Anspruch 98, dadurch gekennzeichnet, dass der Autoschlüssel umfasst
• ein X/4-Plätchen (188),
• einen polarisierenden zweiten Strahlteiler (184), und
• einen polarisierenden dritten Strahlteiler (190), wobei das X/4-Plätchen (188) dazu eingerichtet ist die Photonen im zweiten Signalpfad (187) um 45° zu drehen und in einen gedrehten zweiten Signalpfad (189) einzuspeisen, und wobei der dritte Strahlteiler (190) dazu eingerichtet ist die Photonen des Lichts im gedrehten zweiten Signalpfad (189), die eine vertikale Polarisation aufweisen, auf den vierten Einzelphotonendetektor (680) zu lenken, und wobei der dritte Strahlteiler (190) dazu eingerichtet ist die Photonen des Lichts im gedrehten zweiten Signalpfad (189), die eine horizontale Polarisation aufweisen, auf den dritten Einzelphotonendetektor (679) zu lenken, und 155 wobei der zweite Strahlteiler (184) dazu eingerichtet ist die Photonen des Lichts im ersten Signalpfad (1604), die eine vertikale Polarisation aufweisen, auf den zweiten Einzelphotonendetektor (678) zu lenken, und wobei der zweite Strahlteiler (184) dazu eingerichtet ist die Photonen des Lichts im ersten Signalpfad (1604), die eine horizontale Polarisation aufweisen, auf den ersten Einzelphotonendetektor (677) zu lenken. . Autoschlüssel gemäß einem der Ansprüche 98 oder 99, umfassend eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601), wobei die Ansteuervorrichtung der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) dazu eingerichtet ist einen vordefinierten Empfangscode mittels Amplitudenmodulation ohne Polarisationsmodulation einmal oder mehrfach für eine vordefinierte Zeit als Synchronisationssignal von dem Auto (802) zu empfangen, und wobei die Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) dazu eingerichtet ist, insbesondere mittels eines Synchrondemodulators der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) oder mittels eines Optimalfilters der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601), eine Zeitbasis der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) mit einer Zeitbasis der Ansteuervorrichtung (429) des Autos (802) nach einem der Ansprüche 89 bis 97 zu synchronisieren, und wobei die Auswerteschaltung (672) dazu eingerichtet ist in Abhängigkeit von der so synchronisierten Zeitbasis die Empfangssignale des ersten Einzelphotonendetektors (677), des zweiten Einzelphotonendetektors (678), des dritten Einzelphotonendetektors (679) und des vierten Einzelphotonendetektors (680) auszuwerten und eine Bitfolge zu extrahieren. . Autoschlüssel gemäß Anspruch 100, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuervorrichtung der Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) dazu eingerichtet ist mittels ihrer Zeitbasis zu vorbestimmten Zeitenräumen und in Abhängigkeit von einer oder mehrerer der bereitgestellten und/oder vom Auto (802) empfangenen Zufallszahlen die Empfangssignale der Einzelphotonenquellen (436-439) auszuwerten. . Autoschlüssel gemäß Anspruch 101, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger Beginn der vorbestimmten Zeiträume von einer Zufallszahl, insbesondere von einer Zufallszahl des quantenprozessbasierenden Generators (415) des Autos (802), abhängt. 156 . Autoschlüssel gemäß einem der Ansprüche 98 bis 102, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Einzelphotonendetektoren (677-680) dazu eingerichtet ist Photonen aus einem optischen Empfangspfad (152) zu erhalten, und wobei jeder der Einzelphotonendetektoren (677-680) dazu eingerichtet ist nur in einer Polarisationsrichtung polarisiertes Licht zu empfangen, und wobei die Polarisationsrichtung des ersten Einzelphotonendetektors (677) um 45° gegenüber der Polarisationsrichtung des dritten Einzelphotonendetektors (679) verdreht ist, und wobei die Polarisationsrichtung des ersten Einzelphotonendetektors (677) um 90° gegenüber der Polarisationsrichtung des zweiten Einzelphotonendetektors (678) verdreht ist, und wobei die Polarisationsrichtung des ersten Einzelphotonendetektors (677) um 135° gegenüber der Polarisationsrichtung des vierten Einzelphotonendetektors (680) verdreht ist. . Autoschlüssel gemäß einem der Ansprüche 98 bis 103, dadurch gekennzeichnet, dass der Autoschlüssel zur Entmischung vertikal und horizontal polarisierter Photonen einen doppelbrechenden Kristall umfasst. . Verwendung einer Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 38 und/oder einer Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 68 für einen Datenaustausch
• zwischen einem Autoschlüssel gemäß Anspruch 71 und einem Auto (802) gemäß Anspruch 81, und/oder
• zwischen einem ersten Auto (802) gemäß Anspruch 81 und einem zweiten Auto (802) gemäß Anspruch 81, und/oder
• zwischen einem Auto (802) gemäß Anspruch 81 und einer Infrastrukturvorrichtung, wie beispielsweise eine Ladesäule (1011), und/oder
• innerhalb eines Autos (802) gemäß Anspruch 81 für eine verschlüsselte Kommunikation innerhalb des Autos (802). . SPAD-Diode (1820) für ein Sensorelement eines Einzelphotonendetektors (677-680) für eine Einzelphotonensendevorrichtung (401, 471) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 38 und/oder für eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) gemäß einem der Ansprüche 39 bis 68, umfassend wenigstens eine Shallow-Trench-Isolation (1821), 157
• wenigstens einen Anodenkontakt (1822),
• wenigstens einen Kathodenkontakt (1823),
• wenigstens ein Abdeckoxid (1824),
• wenigstens eine optisch transparente Isolierschicht,
• wenigstens ein hoch dotierte erstes Anschlussgebiet (1825) eines ersten Leitungstyps,
• wenigstens eine erste dotierte Wanne (1826) eines zweiten Leitungstyps,
• wenigstens eine zweite dotierte Wanne (1827) eines zweiten Leitungstyps,
• eine epitaktische Schicht (1828) eines zweiten Leitungstyps,
• ein Basismaterial (1829) eines halbleitenden einkristallinen Wafers,
• eine zweite dotierte Wanne (1830) eines zweiten Leitungstyps unterhalb des Anodenkontakts (1822),
• wenigstens ein hoch dotiertes zweite Anschlussgebiet (1831) des zweiten Anschlusstyps,
• wenigstens eine Isolation (1832), dadurch gekennzeichnet, dass die SPAD-Diode (1820) weiter umfasst
• wenigstens einen metalloptischen Filter (1833), und
• wenigstens einen optisch transparenten Schlitz (1834) in dem metalloptischen Filter (1833), wobei bei einem SPAD-Dioden-Array aus einer Mehrzahl der SPAD-Dioden (1820) die Mehrzahl der SPAD-Dioden (1820) derart angeordnet sind, dass die jeweiligen metalloptischen Filter (1833) der jeweils zueinander benachbarten SPAD-Dioden (1820) in einem 45°-Winkel zueinander angeordnet sind. . Fahrzeugsystem umfassend
• ein Fahrzeug (802), und
• Vorrichtungsteile (401, 601), wobei mindestens ein erster Vorrichtungsteil (401, 601) Teil des Fahrzeugs (802) ist, und wobei das Fahrzeugsystem ein QKD-System (401, 601, 452, 428) umfasst und wobei zumindest der erste Vorrichtungsteil (401, 601) mit einem weiteren zweiten
Vorrichtungsteil (401, 601) des Fahrzeugsystems einen Schlüssel zur Verschlüsselung von
Daten mittels des QKD-Systems (401, 601, 452, 428) austauscht und 158 wobei der erste Vorrichtungsteil (401, 601) mit dem zweiten Vorrichtungsteil (401, 601) zumindest zeitweise mittels dieses Schlüssels verschlüsselte Daten austauscht. . Fahrzeugsystem gemäß Anspruch 107, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Vorrichtungsteil ein Autoschlüssel ist. . Fahrzeugsystem gemäß Anspruch 107, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Vorrichtungsteil ebenfalls Teil des Fahrzeugs (802) ist. . Fahrzeugsystem gemäß Anspruch 107, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Vorrichtungsteil eine Infrastruktureinrichtung ist. . Fahrzeugsystem gemäß Anspruch 107, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Vorrichtungsteil ein anderes Fahrzeug (802) ist. . Fahrzeugsystem gemäß einem der Ansprüche 107 bis 111, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein PKW oder ein LKW oder eine Sondermaschine oder ein Schiff oder ein Schiffskörper oder ein Schwimmkörper oder eine sonstige mobile Vorrichtung ist. . Fahrzeugsystem gemäß einem der Ansprüche 107 bis 112, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugsystem zumindest zeitweise einen polarisationsmodulierten Einzelphotonenstrom, insbesondere einen QKD-Kopplungsstrom (452), zwischen dem zweiten Vorrichtungsteil (401, 601) und dem ersten Vorrichtungsteil (401, 601) umfasst, den der zweite Vorrichtungsteil (401, 601) mit dem ersten Vorrichtungsteil (401, 601) austauscht. . Fahrzeugsystem gemäß Anspruch 113, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Vorrichtungsteil eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) für den polarisationsmodulierten Einzelphotonenstrom umfasst und der zweite Vorrichtungsteil eine Einzelphotonensendevorrichtung (401) für den polarisationsmodulierten Einzelphotonenstrom umfasst. . Fahrzeugsystem gemäß einem der Ansprüche 113 bis 114, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Vorrichtungsteil eine Einzelphotonensendevorrichtung (401) für den polarisationsmodulierten Einzelphotonenstrom umfasst und der zweite Vorrichtungsteil eine Einzelphotonenempfangsvorrichtung (601) für den 159 polarisationsmodulierten Einzelphotonenstrom umfasst. . Fahrzeugsystem gemäß einem der Ansprüche 113 bis 115, dadurch gekennzeichnet, dass der Einzelphotonenstrom ein QKD-Kopplungsstrom (452) ist. . Fahrzeugsystem gemäß einem der Ansprüche 107 bis 116, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Vorrichtungsteil (401, 601) und der zweite Vorrichtungsteil (401, 601) jeweils Mittel (1411, 1603) zum Austausch eines Einzelphotonenstroms, insbesondere eines Q.KD- Kopplungsstrahls, (452) aufweisen. . Fahrzeugsystem gemäß einem der Ansprüche 107 bis 117, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Vorrichtungsteil und der zweite Vorrichtungsteil Mittel (455, 699) zum Ausrichten eines Einzelphotonenstroms, insbesondere eines QKD-Kopplungsstrahls (452), aufweisen.
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