KR20190053837A - 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배 네트워크 시스템 및 방법 - Google Patents

위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배 네트워크 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일종의 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배（QKD）네트워크 시스템 및 방법에 관한 것으로, Alice 전송단, 파장 분할 다중화(WDM) 유닛 및 다중 사용자 Bob 단을 포함하며, Alice 단은 파장 분할 다중화 유닛을 통하여 다중 사용자 Bob 단과 연결이 되는데, 상기 Alice 단은 멀티 파장 레이저 발생장치, 감쇄기, 제1 편광 빔 스플리터, 제1 빔 컴바이너, 위상 변조기, 제1 및 제2 편광 조절기를 포함하고, 상기 파장 분할 다중화 유닛은 파장 선택 장치를 포함하며, 상기 다중 사용자 Bob단은 서로 다른 주파수대를 수신하는 몇 개 유닛 Bob 클라이언트단을 포함하되, 상기 유닛 Bob 클라이언트단마다 제2, 제3 및 제4 편광 조절기, 제3 및 제4 편광 빔 스플리터, 제2 및 제3 빔 컴바이너, 제1 내지 제4 광자 탐지기를 포함한다. 본 발명에서 이용하는 QKD 네트워크 시스템은 일대다 양자키 공유의 실현이 가능하고, 정보 전송 용량을 효과적으로 확대하며, 위상 편광 다 자유도 변조 QKD 방안 및 기타 QKD 방안에 적용된다.

Description

위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배 네트워크 시스템 및 방법
본 발명은 통신분야의 양자보안통신 및 광섬유 통신기술 분야에 관한 것으로, 구체적으로 말하면, 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배(QKD, Quantum Key Distribution）네트워크 시스템 및 키 분배 방법이다.
현재, 양자신호의 변조는 보편적으로 편광, 위상, 주파수, 세기 등 단일한 자유도 변조를 이용하고 있다. 광신호의 편광 변조는 빛의 편광방향을 조절하여 정보 로딩을 실현하는 것을 가리키는데, 통상적으로 광자의 두 개 선의 편광상태를 이용하여 인코딩하는 것인데, 빛의 편광상태가 전송과정에 광섬유의 응력, 복굴절 및 편광 모드 분산 등 요소의 영향 및 환경의 간섭을 쉬이 받기에, 일반적으로 편광 보상을 진행하거나 또는 편광을 안정시킬 수 있는 다른 방법을 필요로 한다. 위상 변조는 빛의 위상을 이용하여 정보를 인코딩하는 것을 지칭하는데,양자통신의 위상 변조는 그 원리를 볼 때 주로 Mach-Zehnder간섭계에 근거한 것으로, 그 핵심부품은 위상 변조기이며. 가장 먼저 제기된 위상 변조 방안은 단일 균등 암 M-Z간섭계에 근거한 것인데. 환경의 영향을 받아 두 암의 길이가 안정적이지 못하여 위상차 역시 드리프트가 발생하고, 간섭효과가 엄중한 영향을 받게 되는데, 특히 먼 거리의 전송일 경우 간섭효과가 더 차한 원인으로, 그 후 두개 부등 암 M-Z간섭시스템이 제기되었는데, 광섬유의 겹친 부분의 시간 교란이 두 펄스에 미치는 영향이 같고 간섭의 안정성이 크게 향상되었으나, 두개 부등 암 M-Z 간섭계를 사용하더라도 암 길이의 미세한 변화가 간섭 콘트라스트의 저하를 일으킬 수 있다.
M-Z 간섭계 QKD시스템은 일반적으로 BB84 프로토콜, B92프로토콜을 이용하는데, 시스템의 안전성은 합법적인 통신 당사자가 정보를 인코딩하고 탐지할 때 사용하는 베이스를 Eve가 정확히 알 수 없음을 기반으로 한다. 다른 한편으로, BB84프로토콜, B92프로토콜을 이용한 시스템은 최종적으로 키 형성시 인코딩 베이스와 측정 베이스를 비교해야 하기에 프로토콜의 효율성이 높지 못하고, 코딩률이 낮기에 실제 응용수요를 충족시킬 수 없다. 차등 위상 인코딩은 위상 인코딩 방안을 이어 받아 인코딩 속도가 빠르고 간섭 저항 능력이 강하고 극한 전송 거리가 먼 장점이 있어, 광섬유 선로에서의 실현에 적합하고 코드 생성 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 차등 위상 인코딩은 앞뒤 두 펄스 차를 이용하여 정보를 휴대하고, 펄스가 광섬유에서 같은 위상 및 편광 변화를 경과하기에 광섬유 중 각종 간섭에 민감하지 않으므로 시스템의 안정성을 향상한다.
2006년 Zhilie Tang 등이 발표한 《위상 변조 편광상태의 양자 암호기와 해독기 및 그 응용》에서 일종의 새로운 위상 변조 편광 인코딩의 양자키 분배방법이 제기되었는데, 비록 높은 안정성을 구비하였으나, 여섯 가지 상태의 양자 암호기와 해독기의 양자 보안 통신 광자의 이용율이 낮다. 2014년 12월 Jindong Wang등이 발표한 《위상 변조 편광 인코딩의 네가지 상태 양자 암호기와 해독기 및 양자키 분배시스템》은 위상 변조기를 통하여 어느 한 선의 편광 빛의 위상을 변조함으로써, 두 선의 편광 위상차를 변화하여, 최종적으로 편광 인코딩을 실현하는데, 이 역시 편광이라는 단일한 자유도를 정보 캐리어로 삼아 양자 전송을 진행하는 것이다. 그러나 궤도각운동량은 다중 자유도를 구비하기에 고차원 양자정보의 인코딩을 실현할 수 있지만, 궤도각운동량 다중 자유도 변조는 주로 양자 자유공간의 통신, 그리고 전형적인 다 채널 고속통신에 응용된다.
전술한 종래기술의 현황에 근거하여, 일종의 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배（QKD）네트워크 시스템을 개발하여, 일대다 통신을 실현하며, 사용자가 각기 상대적으로 독립되고, 단일 사용자의 키 생성률이 사용자수의 증가에 따라 감소되지 않고 안정됨을 보장하여, 양자키 분배 네트워크 시스템의 안전하고 안정적이며 고효율적인 전송을 실현함이 필요하다.
본 발명은 종래기술의 부족점을 극복하고자, 일종의 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배（QKD）네트워크 시스템 및 방법을 제기한다. 이 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배（QKD）네트워크 시스템 및 방법은 단일 광원 멀티 파장 레이저 장치를 통하여 발생하는 멀티 파장 펄스를 다중 사용자 정보 전송의 캐리어로 삼아, 각 파장의 펄스를 합법적인 여러 사용자에게 전송하여 일대다 통신을 실현하는데,각 사용자는 독립적이므로 사용자 증가에 따라 개별 사용자의 키 생성 속도가 사용자가 증가됨에 따라 감소되지 않고 안정적이어서, 양자키 분배 네트워크 시스템이 안전하고, 안정적으로 고효율적으로 전송됨을 실현할 수 있다. 또한 상기 위상 편향 다중 자유도 변조의 다중 사용자 양자 키 분배 네트워크 시스템은 새로운 양자 정보 인코딩 방식, 다시 말하여 차등 위상 인코딩과 편광 인코딩을 동시에 진행하기에, 외부환경의 불안정으로 인한 오류율을 효과적으로 줄이고, 시스템의 보안과 안정성을 향상함과 동시에 광자 이용률을 원래 0.5에서 2로 향상함으로써, 기존의 차등 위상 및 편광 인코딩 결합방안을 개선하여 양자키 생성속도를 향상하고 매번 통신 타임 슬롯 대기시간을 줄인다.
이 시스템은 단일 광원의 멀티 파장 레이저 장치, 감쇄기, 편광 빔 스플리터, 빔 컴바이너, 위상 변조기, 편광 조절기를 다중 사용자 정보 전송을 위한 캐리어로 사용하는데, 그중 아래위 양쪽 암을 경과하는 앞뒤 펄스의 위상차가 하나의 정보 비트를 로드하고, 이와 동시에 펄스 편광상태가 다른 한 정보 비트를 로드하며, 파장 분할 다중화 유닛을 통하여 각 파장 펄스를 합법적인 사용자별로 전송하여 상응한 편광 복조와 위상 복조를 진행하는데, 각 사용자는 상대적으로 독립되어 단일 사용자의 키 생성 속도가 안정되도록 확보한다.
상기 목적을 이루고자, 본 발명은 이하 기술방안을 이용한다.
위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배（QKD）네트워크 시스템로서, Alice 제어단, 파장 분할 다중화 유닛 및 다중 사용자 Bob 단을 포함하며, Alice 단은 파장 분할 다중화 유닛을 통하여 다중 사용자 Bob 단과 연결된다.
상기 Alice 단은 멀티 파장 레이저 발생 장치, 감쇄기, 제1 편광 빔 스플리터, 제1 빔 컴바이너, 위상 변조기, 제1 편광 조절기 및 제2 편광 조절기를 포함한다.
상기 파장 분할 다중화 유닛은 파장 선택 장치를 포함한다.
상기 다중 사용자 Bob 단은 서로 다른 파장을 접수하는 여러 유닛 Bob 클라이언트단을 포함하는데, 상기 유닛 Bob 클라이언트단마다 제2 편광 빔 스플리터, 제3 편광 조절기, 제4 편광 조절기, 제3 편광 빔 스플리터, 제4 편광 빔 스플리터, 제2 빔 컴바이너, 제3 빔 컴바이너, 제1 광자 탐지기, 제2 광자 탐지기, 제3 광자 탐지기 및 제4 광자 탐지기를 포함한다.
상기 멀티 파장 레이저 발생 장치는 여러 파장을 가진 펄스열을 발생하고, 상기 감쇄기를 경과하여 단일 광자 펄스로 감쇄되는데, 단일 광자 펄스는 상기 제1 편광 빔 스플리터를 경과하여 수직편광과 수평 편광 펄스로 분리되고, 상기 수직편광과 수평편광 펄스는 각기 상부 암 경로 및 하부 암 경로를 통과하여 상기 제1 빔 컴바이너에서 합쳐진 후, 다시 상기 위상 변조기를 통하여 펄스에 랜덤으로 kπ（k=0, 1）위상을 변조하고 제1 편광 조절기 및 제2 편광 조절기에 각기 도착하여 펄스 편광 회전을 진행하고, 마지막으로 두 펄스는 같은 편광상태로 Bob측에 진입한다.
같은 편광의 멀티 파장 레이저 펄스가 파장 라우터 장치에 전송될 때, 파장에 따른 어드레스 지정 방식으로 상응한 파장의 유닛 Bob 클라이언트단을 선택하고, 상기 유닛 Bob 클라이언트단의 제2 편광 빔 스플리터를 경과할 때 편광 복조를 진행하되, 편광 비트가 "0"일 경우, 수평 편광 펄스가 상기 제3 편광 조절기를 경과하도록 선택하고; 편광 비트가 "1"일 경우, 수직 편광 펄스가 상기 제4 편광 조절기를 경과하도록 선택한다.
제3 편광 조절기에서 출력된 후, 상기 제3 편광 빔 스플리터를 경과하여 상부 암 경로 및 하부 암 경로 두 갈래 경로를 형성하는데, 그중 위 암경로는 앞 펄스가 시간지연을 거쳐 상기 제2 빔 컴바이너에 도착한 것이고, 하부 암 경로는 뒤 펄스가 상기 제2 빔 컴바이너에 바로 도착한 것으로, 상부 암 경로와 하부 암 경로의 두 갈래 빛은 상기 제2 빔 컴바이너에서 간섭이 발생한 다음, 랜덤으로 변조된 위상차에 근거하여 상기 제1 광자 탐지기 및 제2 광자 탐지기가 식별 응답한다.
제4 편광 조절기에서 출력된 후, 상기 제4 편광 빔 스플리터를 경과하여 상부 암 경로와 하부 암 경로 두 갈래 경로를 형성하는데, 그중 위 암경로는 앞 펄스가 시지연을 거쳐 상기 제3 빔 컴바이너에 도착하는 것이고, 하부 암 경로는 뒤 펄스가 상기 제3 빔 컴바이너에 바로 도착하는 것인데, 상부 암 경로와 하부 암 경로의 두 갈래 빛은 상기 제3 빔 컴바이너에서 간섭이 발생한 다음, 랜덤으로 변조된 위상 차에 근거하여 상기 제3 광자 탐지기 및 제4 광자 탐지기가 식별 응답한다.
가급적으로, 상기 상부 암 경로는 하부 암 경로보다 한 개 T의 시간지연이 더 많다.
가급적으로, 상기 제1 편광 조절기가 펄스를
Figure pct00001
편광 회전하고, 상기 제2 편광 조절기가 펄스를
Figure pct00002
편광 회전하되, 그중 n의 값이 각기 "0"" 또는 "1"이다.
가급적으로, 상기 파장 라우터 장치는 파장 분할 다중화기, 배열 도파로 격자, 브래그 그리드 또는 파장 선택 스위치이다.
가급적으로, 상기 멀티 파장 레이저 발생 장치가 멀티 파장 펄스 레이저 장치 및 파장 선택 장치를 포함하되, 멀티 파장 펄스 레이저 장치는 여러 유닛 Bob 클라이언트단 동시 통신 요구를 충족시키는 간섭적인 멀티 파장 펄스 레이저를 발생한 다음, 상기 파장 선택 장치를 통하여 선택을 진행하여 각 유닛의 Bob 클라이언트단으로 하여금 상응한 파장의 펄스 레이저를 선택할 수 있도록 한다.
가급적으로, 상기 파장 선택 장치가 2급 등차 주파수 간격의 방식을 이용하여 파장을 선택한다.
가급적으로, 상기 제1 광자 탐지기, 제2 광자 탐지기, 제3 광자 탐지기 및 제4 광자 탐지기가 펄스의 위상차에 근거하여 응답을 하되, 두 개의 연속적인 펄스의 위상차가 0일 경우, 상기 제1 탐지기가 응답하고, 측정결과는 "0"이며, 제2 탐지기가 응답하고, 그 측정결과는 "01"이며; 두 개의 연속적인 펄스의 위상차가 π일 경우, 상기 제3 탐지기가 응답하고, 그 측정결과는 "10"이며, 제4 탐지기가 응답하고, 측정결과는 "11"이다.
가급적으로, 상기 유닛 Bob 클라이언트단은 Bobn이고, 그중 n은 0이 아닌 자연수이다.
일종의 상기 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배（QKD）네트워크 시스템을 응용한 방법은 이하 절차를 포함한다.
S1.하드웨어 초기화: Alice 단 및 각 유닛 Bob 클라이언트단의 소프트웨어 및 하드웨어 설비를 점검하고，설비의 정상 작동 여부와 정확한 작동 전압 및 적당한 작동 온도 설정 여부를 확인한다.
S2.시스템 소음 측정: Alice 단에서 레이저 펄스열을 발사하지 않는 전제하에, 다시 말하여 펄스열 값이 0일 때 시스템 소음 수준을 측정한다.
S3.광섬유 길이 측정 및 펄스 시간지연 설정: 상기 Alice 단에서 일련의 펄스를 발송하고, 각 유닛 Bob 클라이언트단에서 펄스가 도착하는 시간을 측정함으로써, 링크 중 광섬유의 길이를 확정하고, 각 유닛 Bob 클라이언트단과 Alice 단 간 길이 관계에 근거하여 각 유닛 Bob 클라이언트단의 광섬유 길이를 미리 설정하고, 각 유닛 Bob 클라이언트단의 상부 암 경로와 하부 암 경로간의 시간지연을 설정한다.
S4.파장 어드레스 지정: 상기 파장 선택 장치는 파장 분배 계획에 따라 각 유닛 Bob 클라이언트단의 사용에 적합한 파장 펄스를 선별하는데, 서로 다른 파장의 펄스 광선을 상응한 유닛 Bob 클라이언트단에 할당하여 일대다 네트워크 통신을 진행한다.
S5.키 전송: 상기 멀티 파장 펄스 발생 장치는 펄스를 발생하는데, 펄스 주기는 시간지연 T보다 크고, 상기 감쇄기를 경과하여 단일 광자 수준으로 감쇄된 후, 상기 제1 편광 빔 스플리터를 통하여 각기 상부 암 경로와 하부 암 경로에 진입하여 시간지연이 T인 두 개의 펄스를 형성하고, 제1 빔 컴바이너에 도착하여 합쳐진 후, 이어서 상기 위상 변조기, 제1 편광 변조기 및 제2 편광 변조기를 차례로 경과하여, 이들로 하여금 같은 편광상태로 전송되고, 마지막에 각 유닛 Bob 클라이언트단을 경과하여 편광 복조 및 위상 복조를 진행한다.
S6.키 필터링 및 코딩: 각 유닛 Bob 클라이언트단은 탐지기 응답을 기록한다. 그리고 상기 제1 광자 탐지기, 제2 광자 탐지기, 제3 광자 탐지기 및 제4 광자 탐지기가 응답하는 순간을 기록하고, 상기 제1 광자 탐지기, 제2 광자 탐지기, 제3 광자 탐지기 및 제4 광자 탐지기가 응답한 순간을 상기 Alice 단에 발송하며, 상기 Alice 단은 각 유닛 Bob 클라이언트단에서 발송한 데이터에 근거하여 상응한 키 스트링을 보류하고 나머지는 버린다.
가급적으로, 각 유닛 Bob 클라이언트단 간 키를 공유한다.
보안키 우선권이 Bobi>Bobj 일 경우, Bobj는 Bobi의 키를 공유하는데, Alice 단은 중간 노드로서, 먼저 Alice 단과 Bobj의 키를 사용하여 Alice 단과 Bobi의 키를 암호화한 다음, 암호화한 Bobi 키를 Bobj에 보내고, Bobj가 암호를 받아서 해독하여 Bobi의 키를 얻으면 Bobi와 키를 공유하게 된다.
각 유닛 Bob 클라이언트단 간 키 공유는 배타성이 있는데 어느 한 유닛 Bob 클라이언트단의 키는 단지 한 개 유닛 Bob 클라이언트단과만 공유할 수 있으며, 공유 후 더는 다른 유닛 Bob 클라이언트단과 공유할 수 없다.
본 발명의 효과는 다음과 같다.
1. 본 발명에서 이용하는 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배（QKD）네트워크 시스템 및 키분배 방법은 일대다 양자키 공유의 실현이 가능하고, 정보 전송 용량을 효과적으로 확대하며, 위상 편광 다 자유도 변조 QKD 방안 및 기타 QKD 방안에 적용된다.
2.본 발명은 위상 및 편광 연합 변조방법을 이용하는데, 광자 하나에 2비트 정보를 전송하여, 광자 이용률을 원래 0.5에서 2로 향상하는바, 기존 방안과 비교할 때, 본 방안은 부품의 사용을 줄이고, 구조를 간소화하며, 정보의 연속성, 유효성 및 키 생성률을 향상시킨다.
3.본 발명은 4개 전자탐지기를 이용하여 매번 통신시 8개 타임슬롯에서 대기 측정하는데, 이는 기존 방안의 매번 통신시 12개 타임 슬롯에서 대기 측정하는 것과 비교할 때 탐지기의 다크카운트로 인한 오류율이 33.3% 감소되어, 시스템이 보다 효율적이고 안정적이다. 본 발명은 전형적인 DPS양자키 분배방식을 이용하는데, 인코딩 간격이 T（즉 시간지연 T, T는 피코초임）인 두 갈래 간섭 펄스의 위상차를 통하여 각 위상차를 하나의 위상 인코딩으로 삼고, 분광자의 공격과 시퀀스 공격을 효과적으로 막아, 도청자 Eve의 효율을 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 파장 분할 다중화 유닛 및 다중 사용자 Bob 단의 구조 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 Ali ce 측의 위상 변조, 편광 변조 구조 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 Bob측 편광 복조, 위상 복조 구조 블록도이다.
도 4는 본 발명의 작동원리 블록도이다.
도 5는 본 발명의 동작흐름도이다.
도면은 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것으로 이해해서는 안된다.
이하 도면과 실시예를 결부하여 본 발명의 기술방안에 대하여 자세히 설명하도록 한다.
본 발명은 포인트 투 멀티포인트(point-to-multipoint) 네트워킹 방식으로서, 특히 멀티포인트 투 멀티포인트로 확장이 가능하다. 기술된 실시예는 단지 본 발명의 일대다 방식 중의 한 실시예로서, 이는 쉬이 기타 여러 응용에 확장될 수 있는바, 대표적인 파장 분할 양자키 분배 네트워크의 설명도는 도 1에 도시된 바와 같다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 일종의 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배（QKD）네트워크 시스템으로서, Alice 제어측, 파장 분할 다중화 유닛 및 다중 사용자 Bob 단을 포함하되, Alice 단은 파장 분할 다중화 유닛을 통하여 다중 사용자 Bob 단과 연결된다.
상기 Alice 단은 멀티 파장 레이저 발생 장치201, 감쇄기202, 제1 편광 빔 스플리터203, 제1 빔 컴바이너204, 위상 변조기205, 제1 편광 조절기206 및 제2 편광 조절기207 을 포함한다.
상기 파장 분할 다중화 유닛은 파장 선택 장치를 포함한다.
상기 다중 사용자 Bob 단은 서로 다른 주파수대를 수신하는 몇 개 유닛 Bob 클라이언트단을 포함하는데, 상기 유닛 Bob 클라이언트단마다 제2 편광 빔 스플리터301, 제3 편광 조절기302, 제4 편광 조절기307, 제3 편광 빔 스플리터303, 제4 편광 빔 스플리터308, 제2 빔 컴바이너304, 제3 빔 컴바이너309, 제1 광자 탐지기305, 제2 광자 탐지기306, 제3 광자 탐지기310 및 제4 광자 탐지기311 을 포함한다.
이 시스템의 작동과정은 이하와 같다.
상기 멀티 파장 레이저 발생 장치는 여러 파장을 가진 펄스열을 발생하고, 이어서 상기 감쇄기202를 경과하여 단일 광자 펄스로 감쇄되는데, 단일 광자 펄스는 상기 제1 편광 빔 스플리터203를 경과하여 수직편광과 수평편광 펄스로 분리되고, 상기 수직편광과 수평편광 펄스는 각기 상부 암 경로와 하부 암 경로를 통과하여 상기 제1 빔 컴바이너204에 진입하여 합쳐진 후, 다시 위상 변조기205를 경과하여 펄스에 랜덤으로 kπ（k=0, 1）위상을 변조하고 제1 편광 조절기206 및 제2 편광 조절기207에 도착하여 펄스 편광 회전을 진행하며, 마지막으로 두 펄스는 같은 편광상태로 Bob측에 진입한다.
같은 편광의 멀티 파장 레이저 펄스가 파장 라우터 장치 102에 전송될 때, 파장에 따른 어드레스 지정 방식으로 상응한 파장의 유닛 Bob 클라이언트단을 선택하고, 상기 유닛 Bob 클라이언트단의 제2 편광 빔 스플리터301를 경과할 때 편광 복조를 진행하되, 편광 비트가 "0"일 경우, 수평 편광 펄스가 상기 제3 편광 조절기302를 경과하도록 선택하고; 편광 비트가 "1"일 경우, 수직 편광 펄스가 상기 제4 편광 조절기307를 경과하도록 선택한다.
제3 편광 조절기에서 출력된 후, 상기 제3 편광 빔 스플리터303를 경과하여 상부 암 경로 및 하부 암 경로 두 갈래 경로를 형성하는데, 그중 상부 암 경로는 앞 펄스가 시간지연를 거쳐 상기 제2 빔 컴바이너304에 도착한 것이고, 하부 암 경로는 위 펄스가 상기 제2 빔 컴바이너304에 바로 도착한 것으로, 상부 암 경로와 하부 암 경로의 두 갈래 빛은 상기 제2 빔 컴바이너304에서 간섭이 발생한 다음, 랜덤으로 변조된 위상차에 근거하여 상기 제1 광자 탐지기305 및 제2 광자 탐지기306이 식별 응답한다.
제4 편광 조절기307에서 출력된 후, 상기 제4 편광 빔 스플리터308을 경과하여 상부 암 경로 및 하부 암 경로 두 갈래 경로를 형성하는데, 그중 상부 암 경로는 앞 펄스가 시간지연를 거쳐 상기 제3 빔 컴바이너309에 도착하는 것이고, 하부 암 경로는 뒤 펄스가 상기 제3빔 컴바이너309에 바로 도착하는 것인데, 상부 암 경로와 하부 암 경로의 두 갈래 빛은 상기 제3빔 컴바이너309에서 간섭이 발생한 다음, 랜덤으로 변조된 위상차에 근거하여 상기 제3 광자 탐지기310 및 제4 광자 탐지기311이 식별 응답한다.
이하 도면과 실사예를 결부하여 본 발명의 기술방안에 대해 자세히 설명한다.
본 발명은 포인트 투 멀티포인트 네트워킹 방식으로서, 특히 멀티포인트 투 멀티포인트로 확장이 가능하다. 하기 실시예는 단지 본 발명의 일대다 방식 중의 한 실시예로서, 이는 쉬이 기타 여러 응용에 확장될 수 있는바, 대표적인 파장 분할 양자키 분배 네트워크의 설명도는 도 1에 도시된 바와 같다.
도 1에서, Alice 단은 펄스 신호의 발신측으로 하나의 다중 파장 광원을 가지고 있어 여러 유닛 Bob 클라이언트단이 동시에 통신할 수 있는 서로 다른 주파수대의 펄스 신호를 발생할 수 있다. 각 유닛 Bob 클라이언트단은 어느 한 파장의 신호를 분배받을 수 있고, 또한 이는 펄스 파장에 넓은 적용성을 구비하고 있는데, 즉 펄스 파장은 넓은 적용성을 가지고 있다. 다시 말해서 파장 계획과정에 각 유닛 Bob 클라이언트단 간 신호 파장의 분배를 조절한 후, 각 유닛 Bob 클라이언트단은 여전히 정상적으로 작동할 수 있다. 도 1에서 공공 광섬유101은 각 사용자가 공동으로 사용 가능하며, 광섬유 103, 104및 105는 사용자별 전용 광섬유이고, 각 사용자의 전용 광섬유와 공용 광섬유 101의 합은 각 사용자의 거리로 정의된다. 파장 라우터 장치102는 제어측 Alice와 사용자 측 Bob사이에서 각 파장 펄스 신호의 경로 선택을 제어한다.
도 2는 본 발명에 따른 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배（QKD）네트워크 시스템 및 방법의 Alice 단 실시예 설명도로서, 이 시스템의 Alice 단은 단일 광자에 대하여 위상 변조 및 편광 변조를 진행한다.
구체적인 변조과정은 이하와 같다.
편광상태가
Figure pct00003
인 45°펌프광이 단일 광자 펄스
Figure pct00004
로 감쇄되는데, 그중
Figure pct00005
는 가우스형 펄스이다. 당해 단일 광자 펄스는 제1 편광 빔 스플리터203를 경과한 후 두 갈래 펄스로 분리되고, 두 갈래 펄스는 시간지연 T가 있는데, 시간지연이 T인 두 갈래 펄스가 위상 변조기PM(
Figure pct00006
,k 값이 "0"또는 "1")를 통과한 후, 펄스 형식은 각기
Figure pct00007
,
Figure pct00008
로 변화하고, 제1 편광 조절기（PC1）206은 시간지연 펄스에 대해
Figure pct00009
,
Figure pct00010
편광 회전하는데, 이때 펄스는
Figure pct00011
이며; 제2 편광 조절기（PC2）207은 단락펄스에 대하여
Figure pct00012
편광 회전을 진행하는데, 이때 펄스는
Figure pct00013
이고,
Figure pct00014
의 값은 "0"또는 "1"이다.
상기 멀티 파장 레이저 장치201은 여러 파장
Figure pct00015
의 펄스열을 발생하는데, 그중 산생된 멀티 파장 펄스는 편광이 45°이고, 펄스 주기는 시간지연 T보다 큰데, 감쇄기202를 경과하여 단일 광자 펄스로 감쇄되고; 단일 광자 펄스는 제1 편광 빔 스플리터203을 경과하여 수평편광과 수직편광의 펄스로 분리된 후 각기 상부 암 경로 및 하부 암 경로에 진입하게 되는데, 그중 상부 암 경로는 하부 암 경로보다 시간지연 T를 경과하게 되며, 그 다음 두 펄스는 위상 변조기205를 통과하게 되고, 위상 변조기205는 두 펄스에 랜덤으로 kπ의 위상（k 값이 0 또는 1）을 변조한다. 두 펄스가 동시에 제1 편광 조절기206 및 제2 편광 조절기207（다시 말하여, 편광조절기 간의 간격이 시간지연 T가 있을 경우）에 도착할 경우, 제1 편광 조절기206은 펄스를
Figure pct00016
편광 회전하고, 제2 편광 조절기207은 펄스를
Figure pct00017
편광 회전하는데, 그중 n의 값은 각기 "0" 또는 "1"이다. 이때, 두 펄스는 같은 편광상태로 광섬유를 경과하여 다중 사용자 Bob 단에 전송 진입된다.
도 3은 본 발명에 따른 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배（QKD）네트워크 시스템 및 방법의 Bob측 실시예의 설명도로서, Bob1을 예로, Bob1측에 편광 복조 및 위상 복조를 진행하는 과정으로, 이하는 구체적인 복조과정이다.
n=0일 경우, 두 펄스광은 제3 편광 조절기PC3을 경과하고, 펄스형식은
Figure pct00018
,
Figure pct00019
로 변화하는데. 이때 수직편광은 시간지연 T를 거쳐
Figure pct00020
로 변하고, 펄스
Figure pct00021
는
Figure pct00022
와 합친다.
바로 그때, 제1 광자 탐지기D1이 응답하는데, 이때 대응되는 키는 "00"이다.
바로 그때, 제2 광자 탐지기D2가 응답하는데, 이때 대응되는 키는 "01"이다.
같은 이치로, n=1일 경우, 제3 광자 탐지기D3이 응답하면 대응되는 키는 "10"이고, 제4 광자 탐지기가 응답하면 대응되는 키는 "11"이다.
n이 "0"일 경우, 시간간격이 T인 두 펄스가 수평 편광상태로 제2 편광 빔 스플리터301를 경과하여 제3 편광 조절기302에 진입하고; n이 "1"일 경우, 시간간격이 T인 두 펄스가 수직 편광상태로 제2 편광 빔 스플리터301을 경과하여 편광 조절기307에 진입한다. 제3 편광 조절기302는 빠른축 펄스만
Figure pct00023
편광 회전하여 수직편광으로 변화하는데, 수직편광 펄스가 제3 편광 빔 스플리터303를 경과하여 반사되고, 시간지연 T를 경과하여 제2 빔 컴바이너304에 진입한다. 수평 편광펄스는 제3 편광 빔 스플리터303을 경과한 후 바로 투과하여 제2 빔 컴바이너304에 진입한다. 제4 편광 조절기307은 느린축 펄스만
Figure pct00024
편광 회전하여 수평편광으로 변화하는데,수평 편광 펄스는 제4 편광 빔 스플리터308을 경과한 후 바로 투과하여 제3 빔 컴바이너309에 진입한다. 수직 편광펄스는 제4 편광 빔 스플리터308을 경과하여 반사되고, 시간지연 T를 거쳐 제3 빔 컴바이너309에 진입한다. 제2 빔 컴바이너304에서 만난 두 펄스광은 간섭이 발생하는데, 랜덤으로 변조된 위상차 0 또는 π에 근거하여, 제1 광자 탐지기305 또는 제2 광자 탐지기306이 응답한다. 같은 이치로, 제3 빔 컴바이너309에서 만난 두 펄스광에 간섭이 발생하여, 랜덤으로 변조된 위상차 0 또는 π에 근거하여, 제3 광자 탐지기310 또는 제4 탐지기311이 응답한다.
도 4 는 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배（QKD）네트워크 시스템 및 방법에 따른 작동원리 블록도로서, Alice 제어단, 파장 분할 다중화 유닛 및 다중 사용자 Bob 단이 포함되는데, Alice 단은 파장 분할 다중화 유닛을 통하여 다중 사용자 Bob 단과 연결된다. 그중 Alice 단은 단일 광자에 대하여 각기 위상변조 및 편광변조를 진행하고, 양자채널을 경과하여 다중 사용자 유닛 Bob 단 편광복조 및 위상 복조에 진입하는데, 구체적인 변조 복조과정은 도 2 및 도 3에서 자세히 설명했으므로 더이상 반복하지 않는다.
도 5는 상기 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배（QKD）네트워크 시스템을 응용한 키분배방법으로서 이하 절차를 포함한다.
S1. 하드웨어 초기화: Alice 단 및 각 유닛 Bob 클라이언트단의 소프트웨어 및 하드웨어 설비를 점검하고，설비의 정상 작동 여부와 정확한 작동 전압 및 적당한 작동 온도 설정 여부를 확인한다.
S2. 시스템 소음 측정: Alice 단에서 레이저 펄스열을 발사하지 않는 전제하에, 다시 말하여 펄스열 값이 0일 때 시스템 소음 수준을 측정한다.
S3. 광섬유 길이 측정 및 펄스 시간지연 설정: 상기 Alice 단에서 일련의 펄스를 발송하고, 각 유닛 Bob 클라이언트단에서 펄스가 도착하는 시간을 측정함으로써, 링크 중 광섬유의 길이를 확정하고, 각 유닛 Bob 클라이언트단과 Alice 단 사이 길이 관계에 근거하여 각 유닛 Bob 클라이언트단의 광섬유 길이를 미리 설정하고, 각 유닛 Bob 클라이언트단의 상부 암 경로와 하부 암 경로간의 시간지연을 설정한다.
S4. 파장 어드레스 지정: 상기 파장 선택 장치는 파장 분배 계획에 따라 각 유닛 Bob 클라이언트단의 사용에 적합한 파장 펄스를 선별하는데, 서로 다른 파장의 펄스 광선을 상응한 유닛 Bob 클라이언트단에 할당하여 일대다 네트워크 통신을 진행한다.
S5. 키 전송: 상기 멀티 파장 펄스 발생 장치는 펄스를 발생하는데, 펄스 주기는 시간지연 T보다 크고, 상기 감쇄기를 경과하여 단일 광자 수준으로 감쇄된 후, 상기 제1 편광 빔 스플리터를 통하여 각기 상부 암 경로와 하부 암 경로에 진입하여 시간지연이 T인 두 개의 펄스를 형성하고, 제1 빔 컴바이너에 도착하여 합쳐진 후, 이어서 상기 위상 변조기, 제1 편광 변조기 및 제2 편광 변조기를 차례로 경과하여, 이들로 하여금 같은 편광상태로 전송되어, 마지막에 각 유닛 Bob 클라이언트단을 경과하여 편광 복조 및 위상 복조를 진행한다.
S6. 키 필터링 및 코딩: 각 유닛 Bob 클라이언트단은 탐지기 응답을 기록한다. 그리고 상기 제1 광자 탐지기, 제2 광자 탐지기, 제3 광자 탐지기 및 제4 광자 탐지기가 응답하는 순간을 기록하고, 상기 제1 광자 탐지기, 제2 광자 탐지기, 제3 광자 탐지기 및 제4 광자 탐지기가 응답한 순간을 상기 Alice 단에 발송하며, 상기 Alice 단은 각 유닛 Bob 클라이언트단에서 발송한 데이터에 근거하여 상응한 키 스트링을 보류하고 나머지는 버린다.
각 유닛 Bob 클라이언트단 간 키를 공유한다.
보안키 우선권이 Bobi>Bobj 일 경우, Bobj는 Bobi의 키를 공유하는데, Alice 단은 중간 노드로서, 먼저 Alice 단과 Bobj의 키를 사용하여 Alice 단과 Bobi의 키를 암호화한 다음, 암호화한 Bobi 키를 Bobj에 보내고, Bobj가 암호를 받아서 해독하여 Bobi의 키를 얻으면 Bobi와 키를 공유하게 된다.
각 유닛 Bob 클라이언트단 간 키 공유는 배타성이 있는데 어느 한 유닛 Bob 클라이언트단의 키는 단지 한 개 유닛 Bob 클라이언트단과만 공유할 수 있으며, 공유 후 더는 다른 유닛 Bob 클라이언트단과 공유할 수 없다.
본 발명에서 이용하는 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배（QKD）네트워크 시스템 및 키분배 방법은 일대다 양자키 공유의 실현이 가능하고, 정보 전송 용량을 효과적으로 확대하며, 위상 편광 다 자유도 변조 QKD 방안 및 기타 QKD 방안에 적용된다.
본 발명은 위상 및 편광 연합 변조방법을 이용하는데, 광자 하나에 2비트 정보를 전송하여, 광자 이용률을 원래 0.5에서 2로 향상하는바, 기존 방안과 비교할 때, 본 방안은 부품의 사용을 줄이고, 구조를 간소화하며, 정보의 연속성, 유효성 및 키 생성률을 향상시킨다.
본 발명은 4개 전자탐지기를 이용하여 매번 통신시 8개 타임슬롯에서 대기 측정하는데, 이는 기존 방안의 매번 통신시 12개 타임 슬롯에서 대기 측정하는 것과 비교할 때 탐지기의 다크카운트로 인한 오류율이 33.3% 감소되어, 시스템이 보다 효율적이고 안정적이다. 본 발명은 전형적인 DPS양자키 분배방식을 이용하는데, 인코딩 간격이 T（즉 시간지연 T, T는 피코초임）인 두 갈래 간섭 펄스의 위상차를 통하여 각 위상차를 하나의 위상 인코딩으로 삼고, 분광자의 공격과 시퀀스 공격을 효과적으로 막아, 도청자 Eve의 효율을 낮출 수 있다.
도면 중 위치관계는 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것으로 간주되어서는 안된다.
본 발명의 상기 실시예들은 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되며, 본 발명의 실시방식을 제한하기 위한 것이 아님이 명백하다. 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 설명을 바탕으로 여러 가지 다른 형태로 변화 또는 변동이 가능하다. 이에 대하여 모든 실시방식을 다 열거할 필요가 없거니와 또한 그럴 수 도 없다. 본 발명의 사상 및 원칙 내에서 실시되는 모든 변경, 치환 및 개선 등은 모두 본 발명의 청구범위의 보호범위에 포함되어야 할 것이다.
101: 공통 광섬유 102: 파장 라우터 장치-102
103, 104, 105: 전용 광섬유 201:멀티 파장 레이저 장치
202: 감쇄기 203: 제1 편광 빔 스플리터
204: 제1 빔 컴바이너 205: 위상 변조기
206: 제1 편광 조절기 207: 제2 편광 조절기
301: 제2 편광 빔 스플리터 302: 제3 편광 조절기
303: 제3 편광 빔 스플리터 304: 제2 빔 컴바이너
305: 제1 광자 탐지기 306: 제2 광자 탐지기
307: 제4 편광 조절기 308: 제4 편광 빔 스플리터
309: 제3 빔 컴바이너 310: 제3 광자 탐지기
311: 제4 광자 탐지기

Claims (10)

  1. 멀티 파장 레이저 발생 장치, 감쇄기, 제1 편광 빔 스플리터, 제1 빔 컴바이너, 위상 변조기, 제1 편광 조절기 및 제2 편광 조절기를 포함하는 Alice 제어단;
    파장 선택 장치를 포함하는 파장 분할 다중화 유닛; 및
    다중 사용자 Bob 단을 포함하며, Alice 단은 상기 파장 분할 다중화 유닛을 통하여 다중 사용자 Bob 단과 연결되는 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배(QKD, Quantum Key Distribution）네트워크 시스템으로,
    상기 다중 사용자 Bob 단이 서로 다른 주파수대를 수신하는 다수의 유닛 Bob 클라이언트단을 포함하며, 각각의 유닛 Bob 클라이언트단은 제2 편광 빔 스플리터, 제3 편광 조절기, 제4 편광 조절기, 제3 편광 빔 스플리터, 제4 편광 빔 스플리터, 제2 빔 컴바이너, 제3 빔 컴바이너, 제1 광자 탐지기, 제2 광자 탐지기, 제3 광자 탐지기 및 제4 광자 탐지기를 포함하며,
    상기 멀티 파장 레이저 발생 장치는 다수의 파장을 가진 펄스열을 발생시키고, 이어서 상기 감쇄기에 의해 단일 광자 펄스로 감쇄되며, 단일 광자 펄스는 상기 제1 편광 빔 스플리터에 의해 수직편광 펄스와 수평편광 펄스로 분리되고, 상기 수직편광 펄스와 수평편광 펄스는 각각 상부 암(arm) 경로와 하부 암 경로를 통과하여 상기 제1 빔 컴바이너에 진입하여 합쳐진 후, 이어 펄스는 상기 위상 변조기에 의해 랜덤으로 kπ（k=0，1）위상으로 변조되어 제1 편광 조절기 및 제2 편광 조절기에 각각 도달하여 펄스 편광 회전을 진행하며, 마지막으로 두 펄스는 같은 편광상태로 상기 다중 사용자 Bob 단에 진입하며,
    같은 편광의 멀티 파장 레이저 펄스가 파장 라우터 장치에 전송될 때, 파장에 따른 어드레스 지정 방식으로 상응하는 파장의 유닛 Bob 클라이언트단이 선택되고, 상기 유닛 Bob 클라이언트단의 제2 편광 빔 스플리터에 의해 편광 복조가 진행되며, 편광 비트가 "0"일 경우, 수평 편광 펄스가 상기 제3 편광 조절기를 통과하도록 선택되고, 편광 비트가 "1"일 경우, 수직 편광 펄스가 상기 제4 편광 조절기를 통과하도록 선택되며,
    펄스가 제3 편광 조절기로부터 출력되어 상기 제3 편광 빔 스플리터를 통과한 후 상부 암 경로 및 하부 암 경로의 두 경로가 형성되며, 상부 암 경로는 앞 펄스(prepulse)가 시간지연을 거쳐 상기 제2 빔 컴바이너에 도착한 경로이고, 하부 암 경로는 뒤 펄스(afterpulse)가 상기 제2 빔 컴바이너에 바로 도착한 경로이며, 상부 암 경로와 하부 암 경로의 두 개의 광 빔은 상기 제2 빔 컴바이너에서 간섭을 발생시킨 다음, 랜덤으로 변조된 위상 차에 근거하여 상기 제1 광자 탐지기 및 제2 광자 탐지기가 식별 응답을 하며,
    제4 편광 조절기로부터 출력되어 상기 제4 편광 빔 스플리터를 통과한 후 상부 암 경로와 하부 암 경로의 두 경로가 형성되며, 상부 암 경로는 앞 펄스가 시간지연을 거쳐 상기 제3 빔 컴바이너에 도착한 경로이고, 하부 암 경로는 뒤 펄스가 상기 제3 빔 컴바이너에 바로 도착한 경로이며, 상부 암 경로와 하부 암 경로의 두 개의 광 빔은 상기 제3 빔 컴바이너에서 간섭을 발생시킨 다음, 랜덤으로 변조된 위상차에 근거하여 상기 제3 광자 탐지기 및 제4 광자 탐지기가 식별 응답하는 것을 특징으로 하는 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배（QKD）네트워크 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상부 암 경로는 하부 암 경로보다 한 개 T의 시간지연을 더 갖는 것을 특징으로 하는 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배（QKD）네트워크 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 편광 조절기는 펄스를
    Figure pct00025
    편광 회전하고, 상기 제2 편광 조절기는 펄스를
    Figure pct00026
    편광 회전하되, 이때 n의 값이 각각 "0" 또는 "1"임을 특징으로 하는 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배（QKD）네트워크 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 파장 라우터 장치는 파장 분할 다중화기, 배열 도파로 격자, 브래그 그리드 또는 파장 선택 스위치인 것을 특징으로 하는 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배（QKD）네트워크 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 멀티 파장 레이저 발생 장치가 멀티 파장 펄스 레이저 장치 및 파장 선택 장치를 포함하고, 상기 멀티 파장 펄스 레이저 장치는 다수의 유닛 Bob 클라이언트단의 동시 통신 요구를 충족시키는 간섭적인 멀티 파장 펄스 레이저를 발생시킨 다음, 상기 파장 선택 장치로 선택을 진행하여 각 유닛 Bob 클라이언트단으로 하여금 상응하는 파장의 펄스 레이저를 선택할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배（QKD）네트워크 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 파장 선택 장치응 2급 등차 주파수 간격의 방식을 이용하여 파장을 선택하는 것을 특징으로 하는 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배（QKD）네트워크 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 광자 탐지기, 제2 광자 탐지기, 제3 광자 탐지기 및 제4 광자 탐지기는 펄스의 위상차에 근거하여 응답을 하며, 두 개의 연속적인 펄스의 위상차가 0일 경우, 제1 탐지기가 응답하고 측정결과는 "00"이며, 제2 탐지기가 응답하고 측정결과는 "01"이며, 두 개의 연속적인 펄스의 위상차가 π일 경우, 상기 제3 탐지기가 응답하고 측정결과는 "10"이며, 제4 탐지기가 응답하고 측정결과는 "11"인 것을 특징으로 하는 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배（QKD）네트워크 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 유닛 Bob 클라이언트단은 Bobn이고, n이 0이 아닌 자연수인 것을 특징으로 하는 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배（QKD）네트워크 시스템.
  9. Alice 단 및 각 유닛 Bob 클라이언트단의 소프트웨어 및 하드웨어 설비를 점검하고，설비의 정상 작동 여부와 정확한 작동 전압 및 적정 작동 온도 설정 여부를 확인하는 하드웨어 초기화 단계(S1):
    Alice 단에서 레이저 펄스열을 발사하지 않는 전제의 펄스열 값이 0일 때 시스템 소음 수준을 측정하는시스템 소음 측정단계(S2):
    Alice 단에서 일련의 펄스를 발송하고, 각 유닛 Bob 클라이언트단에서 펄스가 도착하는 시간을 측정함으로써, 링크 중 광섬유의 길이를 확정하고, 각 유닛 Bob 클라이언트단과 Alice 단 사이 길이 관계에 근거하여 각 유닛 Bob 클라이언트단의 광섬유 길이를 미리 설정하고, 각 유닛 Bob 클라이언트단의 상부 암 경로와 하부 암 경로간의 시간지연을 설정하는 광섬유 길이 측정 및 펄스 시간지연 설정단계(S3):
    파장 선택 장치가 파장 분배 계획에 따라 각 유닛 Bob 클라이언트단의 사용에 적정한 파장 펄스를 선별하여, 서로 다른 파장의 펄스 광을 상응하는 유닛 Bob 클라이언트단에 할당하여 일대다 네트워크 통신을 진행하는 파장 어드레스 지정단계(S4):
    멀티 파장 펄스 발생 장치가 펄스를 발생하며, 펄스 주기는 시간지연 T보다 크고, 감쇄기에 의해 단일 광자 수준으로 감쇄된 후, 제1 편광 빔 스플리터를 통하여 각각 상부 암 경로와 하부 암 경로에 진입하여 시간지연이 T인 두 개의 펄스를 형성하고, 제1 빔 컴바이너에 도착하여 합쳐진 후, 이어 위상 변조기, 제1 편광 변조기 및 제2 편광 변조기에 의해 펄스는 차례로 위상 변조 및 편광 변조를 진행하여 같은 편광상태로 전송되고, 마지막으로 각 유닛 Bob 클라이언트단에 의해 편광 복조 및 위상 복조를 진행하는 키 전송단계(S5):
    각 유닛 Bob 클라이언트단에 의해 탐지기 응답 및 제1 광자 탐지기, 제2 광자 탐지기, 제3 광자 탐지기 및 제4 광자 탐지기의 응답시간을 기록하고, 제1 광자 탐지기, 제2 광자 탐지기, 제3 광자 탐지기 및 제4 광자 탐지기의 응답시간을 상기 Alice 단에 발송하며, 상기 Alice 단은 각 유닛 Bob 클라이언트단에서 발송한 데이터에 근거하여 상응하는 키 스트링(string)을 보유하고 나머지 키 스트링은 버리는 키 필터링 및 코딩단계(S6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배(QKD, Quantum Key Distribution） 방법
  10. 제9항에 있어서, 각 유닛 Bob 클라이언트단 사이의 키 공유를 특징으로 하며,
    보안키 우선권이 Bobi>Bobj 일 경우, Bobj는 Bobi의 키를 공유하고, Alice 단은 중간 노드로서, 먼저 Alice 단과 Bobj의 키를 사용하여 Alice 단과 Bobi의 키를 암호화한 다음, 암호화한 Bobi 키를 Bobj에 보내고, Bobj가 암호를 받아서 해독하여 Bobi의 키를 얻어 Bobi와 키를 공유하며,
    각 유닛 Bob 클라이언트단 사이의 키 공유는 배타성이 있어, 어느 한 유닛 Bob 클라이언트단의 키는 단지 한 개 유닛 Bob 클라이언트단과만 공유할 수 있으며, 공유 후 더 이상 다른 유닛 Bob 클라이언트단과 공유할 수 없는 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배（QKD） 방법.
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