RU2692431C1 - Device for quantum sending of a cryptographic key with frequency coding - Google Patents

Device for quantum sending of a cryptographic key with frequency coding Download PDF

Info

Publication number
RU2692431C1
RU2692431C1 RU2018124368A RU2018124368A RU2692431C1 RU 2692431 C1 RU2692431 C1 RU 2692431C1 RU 2018124368 A RU2018124368 A RU 2018124368A RU 2018124368 A RU2018124368 A RU 2018124368A RU 2692431 C1 RU2692431 C1 RU 2692431C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
receiving device
output
electro
transmitting device
input
Prior art date
Application number
RU2018124368A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Геннадьевич Морозов
Ильдарис Мударрисович Габдулхаков
Ильнур Ильдарович Нуреев
Артём Анатольевич Кузнецов
Геннадий Александрович Морозов
Айрат Жавдатович Сахабутдинов
Original Assignee
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ"
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" filed Critical Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ"
Priority to RU2018124368A priority Critical patent/RU2692431C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2692431C1 publication Critical patent/RU2692431C1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • H04B10/80—Optical aspects relating to the use of optical transmission for specific applications, not provided for in groups H04B10/03 - H04B10/70, e.g. optical power feeding or optical transmission through water
    • H04B10/85—Protection from unauthorised access, e.g. eavesdrop protection

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

FIELD: cryptography.SUBSTANCE: invention relates to systems for quantum sending of a cryptographic key. Device for quantum sending of a cryptographic key with frequency coding contains a transmitting device and a receiving device interconnected by a fiber-optic communication line; as well as synchronization unit; wherein the transmitting device includes a monochromatic radiation source, an electrooptical phase modulator of the transmitting device, an attenuator, a phase shift device of the transmitting device, a radio frequency transmitter of the transmitting device; wherein the receiving device includes an electrooptical phase modulator of the receiving device, an optical circulator, a spectral filter, a single photon receiver, a classical radiation receiver, a phase shift device of the receiving device, a radio frequency signal generator of the receiving device, wherein transmitting device further includes electrooptical amplitude modulator of transmitting device and converter of radio frequency signal of transmitting device; receiving device also additionally includes electrooptical amplitude modulator of receiving device, converter of radio frequency signal of receiving device.EFFECT: high reliability of sending a cryptographic key through a quantum channel.1 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к криптографической технике, а именно к системам квантовой рассылки криптографического ключа.The invention relates to a cryptographic technique, namely to systems of quantum distribution of a cryptographic key.

Известны устройства квантовой рассылки криптографического ключа [Патент США №7266304, дата публикации 06.05.2004., дата приоритета 04.09.2007. МКИ: Н04В 10/00; H04K 1/00], содержащее соединенные посредством волоконно-оптической линии связи, передающее устройство, включающее, расположенные последовательно по ходу излучения источник монохроматического излучения, электрооптический фазовый модулятор и аттенюатор, а также устройство сдвига фазы, выход которого соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора, а вход устройства сдвига фазы соединен с выходом генератора радиочастотного сигнала, и приемное устройство, включающее электрооптический фазовый модулятор, выход которого оптически сопряжен с первым портом оптического циркулятора, первый спектральный фильтр, оптически сопряженный со вторым портом оптического циркулятора, и второй спектральный фильтр, оптически сопряженный с третьим портом оптического циркулятора, первый и второй приемники одиночных фотонов расположены за первым и вторым спектральными фильтрами соответственно по ходу излучения, управляющий вход электрооптического фазового модулятора соединен с выходом устройства сдвига фазы, к входу которого подключен выход генератора радиочастотного сигнала, волоконно-оптическая линия связи оптически сопряжена с аттенюатором передающего устройства и с входом электрооптического фазового модулятора приемного устройства, устройство содержит блок синхронизации, первый и второй выходы которого соединены с входами генератора радиочастотного сигнала приемного и передающего устройств соответственно. [Патент США №6272224 В1, дата публикации 07.04.2001., дата приоритета 07.08.2001. МКИ: H04L 9/08; H04K 1/00], содержащее, соединенные посредством волоконно-оптической линии связи, передающее устройство, включающее расположенные последовательно по ходу излучения источник монохроматического излучения, электрооптический фазовый модулятор и аттенюатор, а также устройство сдвига фазы, выход которого соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора, а вход устройства сдвига фазы соединен с выходом генератора радиочастотного сигнала, и приемное устройство, включающее электрооптический фазовый модулятор, выход которого оптически сопряжен со спектральным фильтром, который оптически сопряжен с приемником классического излучения и приемником одиночных фотонов, управляющий вход электрооптического фазового модулятора соединен с выходом устройства сдвига фазы, к входу которого подключен выход генератора радиочастотного сигнала, волоконно-оптическая линия связи оптически сопряжена с аттенюатором передающего устройства и с входом электрооптического фазового модулятора приемного устройства, устройство содержит блок синхронизации, первый и второй выходы которого соединены с входами генератора радиочастотного сигнала приемного и передающего устройств соответственно, а также блок управления фазовым сдвигом, первый и второй выходы которого соединены с синхронизационными входами устройства сдвига фазы приемного и передающего устройств соответственно.Known devices of the quantum distribution of a cryptographic key [US Patent No. 7,266,304, publication date 05/06/2004., Priority date 04.09.2007. MKI: HBB 10/00; H04K 1/00] containing connected via a fiber-optic communication line, a transmitting device comprising a monochromatic radiation source arranged in series along the radiation path, an electro-optical phase modulator and an attenuator, as well as a phase shifter whose output is connected to the control input of the electro-optical phase modulator and the input of the phase shifter is connected to the output of the radio frequency signal generator, and the receiving device, including an electro-optical phase modulator, the output of which o is optically coupled to the first port of the optical circulator, the first spectral filter is optically mated to the second port of the optical circulator, and the second spectral filter is optically coupled to the third port of the optical circulator, the first and second receivers of single photons are located along the first and second spectral filters respectively radiation, the control input of the electro-optical phase modulator is connected to the output of the phase shift device, the input of which is connected to the output of the radio frequency generator The signal, the fiber-optic communication line is optically coupled to the attenuator of the transmitting device and to the input of the electro-optical phase modulator of the receiving device, the device contains a synchronization unit, the first and second outputs of which are connected to the inputs of the radio frequency signal generator of the receiving and transmitting devices, respectively. [US Patent No. 6,272,224 B1, publication date 07.04.2001., Priority date 07.08.2001. MKI: H04L 9/08; H04K 1/00], comprising, via a fiber-optic communication line, a transmitting device, including a monochromatic radiation source arranged in series along the radiation path, an electro-optical phase modulator and an attenuator, as well as a phase shifter, the output of which is connected to the control input of the electro-optical phase modulator and the input of the phase shifter is connected to the output of the radio frequency signal generator, and the receiving device, including an electro-optical phase modulator, the output of which o is optically coupled with a spectral filter, which is optically coupled with a classical radiation receiver and a single photon receiver; the control input of the electro-optical phase modulator is connected to the output of the phase shifter, to the input of which the output of the radio frequency signal generator is connected; the fiber optic link is optically coupled to the transmitting attenuator device and with the input of the electro-optical phase modulator of the receiving device, the device contains a synchronization unit, the first and second output rows are connected to inputs of the RF signal generator receiving and transmitting devices, respectively, and the phase shift control unit, the first and second outputs are connected to inputs of a synchronization device receiving and transmitting phase shifter, respectively.

Наиболее близким к предлагаемому устройству квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием является устройство квантовой рассылки криптографического ключа на поднесущей частоте модулированного излучения [Патент РФ RU 2454810 (С1), дата публикации 2012-06-27., дата приоритета 24.11.2010. МКИ: H04L 9/08], содержащее, соединенные посредством волоконно-оптической линии связи, передающее устройство, включающее расположенные последовательно по ходу излучения источник монохроматического излучения, электрооптический фазовый модулятор и аттенюатор, а также устройство сдвига фазы, выход которого соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора, а вход устройства сдвига фазы соединен с выходом генератора радиочастотного сигнала, и приемное устройство, включающее электрооптический фазовый модулятор, приемник классического излучения, оптически сопряженный со спектральным фильтром и приемник одиночных фотонов, электрооптический фазовый модулятор подключен к устройству сдвига фазы, к входу которого подключен выход генератора радиочастотного сигнала, волоконно-оптическая линия связи оптически сопряжена с аттенюатором передающего устройства, устройство содержит блок синхронизации, первый и второй выходы которого соединены с входами генератора радиочастотного сигнала приемного и передающего устройств соответственно, причем электрооптический фазовый модулятор в приемном устройстве выполнен из двух расположенных по ходу излучения электрооптических фазовых модуляторов, управляющие входы которых соединены с первым и вторым выходом устройства сдвига фазы соответственно, причем выход первого электрооптического фазового модулятора оптически сопряжен с выходом второго электрооптического фазового модулятора, за модуляторами по ходу излучения установлено фарадеевское зеркало, оптически сопряженное с входом второго электрооптического фазового модулятора, в приемное устройство введен оптический циркулятор, первый порт которого оптически сопряжен с волоконно-оптической линией связи, второй порт оптически сопряжен с входом первого электрооптического фазового модулятора, третий порт оптически сопряжен со спектральным фильтром, а четвертый порт оптически сопряжен с входом приемника одиночных фотонов, устройство синхронизации имеет третий и четвертый выходы, которые соединены с синхронизационными входами устройств сдвига фазы приемного и передающего устройств соответственно.Closest to the proposed device quantum distribution of a cryptographic key with frequency coding is the device of quantum distribution of a cryptographic key on the subcarrier frequency of modulated radiation [RF Patent RU 2454810 (С1), publication date 2012-06-27., Priority date 24.11.2010. MKI: H04L 9/08], containing, connected via a fiber-optic communication line, a transmitting device, including a monochromatic radiation source arranged in series along the radiation path, an electro-optical phase modulator and an attenuator, as well as a phase shift device, the output of which is connected to the control input of the electro-optical phase modulator, and the input device of the phase shift is connected to the output of the radio frequency signal generator, and the receiving device, including an electro-optical phase modulator, receiver a classical radiation optically coupled with a spectral filter and a single photon receiver, an electro-optical phase modulator connected to a phase shifter, to the input of which the output of the radio frequency signal generator is connected, the fiber-optic communication line is optically coupled to the transmitting device attenuator, the device contains a synchronization unit, first and The second outputs of which are connected to the inputs of the generator of the radio frequency signal of the receiving and transmitting devices, respectively, moreover, electro-optical The cue phase modulator in the receiver is made of two electro-optical phase modulators located along the radiation path, the control inputs of which are connected to the first and second output of the phase shifter, respectively, and the output of the first electro-optical phase modulator is optically coupled to the output of the second electro-optical phase modulator, downstream of the modulators radiation set Faraday mirror optically conjugated with the input of the second electro-optical phase modulator in the receiving device An optical circulator is introduced, the first port of which is optically coupled to the fiber-optic communication line, the second port is optically coupled to the input of the first electro-optical phase modulator, the third port is optically coupled to the spectral filter, and the fourth port is optically coupled to the input of a single photon receiver, the synchronization device has the third and fourth outputs, which are connected to the synchronization inputs of the phase shifting devices of the receiving and transmitting devices, respectively.

Представленное устройство по прототипу имеет недостаток, в виде наличия многофотонной несущей составляющей в квантовом канале, что, в свою очередь, ведет к возможности появления нелинейной фазовой модуляции в канале, и к неустойчивости системы к атакам направленным на подсчет количества фотонов в канале со стороны нелегитимного участника.The presented prototype device has a drawback in the form of the presence of a multiphoton carrier component in the quantum channel, which, in turn, leads to the possibility of non-linear phase modulation in the channel, and to the instability of the system to attacks aimed at counting the number of photons in the channel from the side of an illegitimate participant .

Технической проблемой является снижение влияния несущей частоты на достоверность рассылки криптографического ключа по квантовому каналу.The technical problem is to reduce the influence of the carrier frequency on the accuracy of the cryptographic key distribution over the quantum channel.

Изобретение решает задачу: повышает достоверность рассылки криптографического ключа по квантовому каналу за счет исключения несущей из структуры сигнала, передаваемого по квантовому каналу рассылки ключа.The invention solves the problem: it increases the reliability of the distribution of a cryptographic key over a quantum channel by excluding the carrier from the structure of the signal transmitted over the quantum channel of the distribution of a key.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении достоверности рассылки криптографического ключа по квантовому каналу.The technical result of the invention is to improve the reliability of the distribution of the cryptographic key on the quantum channel.

Технический результат в устройстве квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, содержащем соединенные между собой волоконно-оптической линией связи передающее устройство и приемное устройство; а также блок синхронизации; при этом передающее устройство включает в себя источник монохроматического излучения, электрооптический фазовый модулятор передающего устройства, выход которого оптически сопряжен с входом аттенюатора, выход аттенюатора оптически сопряжен с входом волоконно-оптической линии связи; а также устройство сдвига фазы передающего устройства, вход которого соединен с первым выходом генератора радиочастотного сигнала передающего устройства; при этом приемное устройство, включает в себя электрооптический фазовый модулятор приемного устройства, оптический циркулятор, второй порт оптического циркулятора оптически сопряжен с входом спектрального фильтра, третий порт оптического циркулятора оптически сопряжен с входом приемника одиночных фотонов, выход приемника одиночных фотонов является первым выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, выход спектрального фильтра оптически сопряжен с входом приемника классического излучения, выход приемника классического излучения является вторым выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, а также устройство сдвига фазы приемного устройства, вход устройства сдвига фазы приемного устройства соединен с первым выходом генератора радиочастотного сигнала приемного устройства; при этом первый и второй выходы блока синхронизации соединены с синхронизационными входами генератора радиочастотного сигнала передающего устройства и генератора радиочастотного сигнала приемного устройства соответственно, третий и четвертый выходы блока синхронизации соединены с синхронизационными входами устройства сдвига фазы передающего устройства и устройства сдвига фазы приемного устройства соответственно, достигается тем, что в передающее устройство дополнительно введены электрооптический амплитудный модулятор передающего устройства и преобразователь радиочастотного сигнала передающего устройства, при этом вход электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства оптически сопряжен с выходом источника монохроматического излучения, выход электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства оптически сопряжен с входом электрооптического фазового модулятора передающего устройства, а управляющий вход электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства соединен с выходом устройства сдвига фазы передающего устройства, вход преобразователя радиочастотного сигнала передающего устройства соединен с вторым выходом генератора радиочастотного сигнала передающего устройства, а выход преобразователя радиочастотного сигнала передающего устройства соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора передающего устройства; в приемное устройство также дополнительно введены электрооптический амплитудный модулятор приемного устройства, преобразователь радиочастотного сигнала приемного устройства, при этом вход электрооптического амплитудного модулятора приемного устройства оптически сопряжен с выходом электрооптического фазового модулятора приемного устройства, выход электрооптического амплитудного модулятора приемного устройства оптически сопряжен с первым портом оптического циркулятора, управляющий вход электрооптического амплитудного модулятора приемного устройства соединен с выходом устройства сдвига фазы приемного устройства, вход преобразователя радиочастотного сигнала приемного устройства соединен с вторым выходом генератора радиочастотного сигнала приемного устройства, выход преобразователя радиочастотного сигнала приемного устройства соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора приемного устройства, вход электрооптического фазового модулятора приемного устройства оптически сопряжен с выходом волоконно-оптической линии связи.The technical result in the device quantum distribution cryptographic key with frequency encoding, containing interconnected fiber-optic communication line transmitting device and receiving device; as well as the synchronization unit; while the transmitting device includes a source of monochromatic radiation, an electro-optical phase modulator of the transmitting device, the output of which is optically coupled to the input of the attenuator, the output of the attenuator is optically coupled to the input of the fiber-optic communication line; and also a device for shifting the phase of the transmitting device, the input of which is connected to the first output of the generator of the radio frequency signal of the transmitting device; the receiving device includes an electro-optical phase modulator of the receiving device, an optical circulator, a second port of an optical circulator is optically coupled to the input of a spectral filter, a third port of an optical circulator is optically coupled to an input of a single photon receiver, the output of a single photon receiver is the first output of a quantum distribution device of a cryptographic key with frequency coding, the output of the spectral filter is optically coupled to the input of a classical radiation receiver Ia, classical radiation detector output is the second output of the device quantum cryptographic key distribution with a frequency signal and the receiver phase shifter, the receiver phase shifter input coupled to the first output RF signal generator of the receiving device; the first and second outputs of the synchronization unit are connected to the synchronization inputs of the generator of the RF signal of the transmitting device and the generator of the RF signal of the receiving device, respectively, the third and fourth outputs of the synchronization unit are connected to the synchronization inputs of the device of the phase shift of the transmitting device and the phase shifter of the receiving device, respectively, is achieved that an electro-optical amplitude modulator is transmitted to the transmitting device transmitting device and transmitter of the radio frequency signal of the transmitting device; the input of the electro-optical amplitude modulator of the transmitting device is optically coupled to the output of the monochromatic radiation source, the output of the electro-optical amplitude modulator of the transmitting device is optically coupled to the input of the electro-optical phase modulator of the transmitting device, and the control input of the electro-optical amplitude modulator of the transmitting device with the output of the device phase shift before present device, the input RF signal transmitter transmitting device connected to a second output RF signal generator of the transmitting device, and the output RF signal transmitter transmitting device connected to the control input of the electro-optic phase modulator transmitter; An electro-optical amplitude modulator of the receiving device, a radio-frequency signal converter of the receiving device are also added to the receiving device, while the input of the electro-optical amplitude modulator of the receiving device is optically coupled to the output of the electro-optical phase modulator of the receiving device, the output of the electro-optical amplitude modulator of the receiving device is optically coupled to the first port of the optical circulator, control input of the electro-optical amplitude module the receiver of the receiving device is connected to the output of the phase shifting device of the receiving device, the converter input of the radio frequency signal of the receiving device is connected to the second output of the radio frequency signal generator of the receiving device, the output of the converter of the radio frequency signal of the receiving device is connected to the control input of the receiver's electro-optical modulator, the input of the receiving device electro-optical phase modulator optically coupled with the output of the fiber-optic communication line.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 - схема устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием. На фиг. 2 - частотный спектр исходного сигнала. На фиг. 3 - частотный спектр амплитудно-модулированного сигнала. На фиг. 4 - частотный спектр фазо-коммутированного сигнала. На фиг. 5 - частотный спектр рефазо-коммутированного сигнала. На фиг. 6 - частотный спектр амплитудно-ремодулированного сигнала в случае, когда разность фаз двух модулирующих сигналов равна 0. На фиг. 7 - частотный спектр амплитудно-ремодулированного сигнала в случае, когда разность фаз двух модулирующих сигналов равна π. На фиг. 8 - частотный спектр несущей частоты поступающей на приемник классического излучения. На фиг. 9 - частотный спектр сигнала поступающего на приемник одиночных фотонов.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a diagram of a quantum distribution device of a cryptographic key with frequency encoding. FIG. 2 - the frequency spectrum of the original signal. FIG. 3 - frequency spectrum of the amplitude-modulated signal. FIG. 4 - frequency spectrum of the phase-switched signal. FIG. 5 - frequency spectrum of the refase-switched signal. FIG. 6 shows the frequency spectrum of an amplitude-remodeled signal in the case when the phase difference of the two modulating signals is 0. FIG. 7 - frequency spectrum of the amplitude-remodeled signal in the case when the phase difference of two modulating signals is π. FIG. 8 - the frequency spectrum of the carrier frequency of the incoming classical radiation to the receiver. FIG. 9 - frequency spectrum of a single photon signal arriving at the receiver.

Заявляемое устройство квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, изображенное на Фиг. 1, содержит соединенные между собой волоконно-оптической линией связи 1, передающее устройство 2 и приемное устройство 3, а также блок синхронизации 4; при этом передающее устройство 2 включает в себя: последовательно оптически сопряженные, источник монохроматического излучения 5, электрооптический амплитудный модулятор передающего устройства 6, электрооптический фазовый модулятор передающего устройства 7 и аттенюатор 8, выход аттенюатора 8 является выходом передающего устройства 2 и оптически сопряжен с входом волоконно-оптической линии связи 1, а также устройство сдвига фазы передающего устройства 9, вход устройства сдвига фазы передающего устройства 9 соединен с первым выходом генератора радиочастотного сигнала передающего устройства 10, а выход устройства сдвига фазы передающего устройства 9 соединен с управляющим входом электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства 6, второй выход генератора радиочастотного сигнала передающего устройства 10 соединен с входом преобразователя радиочастотного сигнала передающего устройства 11, выход преобразователя радиочастотного сигнала передающего устройства 11 соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора передающего устройства 7, первый и второй выходы генератора радиочастотного сигнала передающего устройства 10 идентичны друг другу; при этом приемное устройство 3 включает в себя: последовательно оптически сопряженные, электрооптический фазовый модулятор приемного устройства 12, электрооптический амплитудный модулятор приемного устройства 13 и оптический циркулятор 14, при этом второй порт оптического циркулятора 14 оптически сопряжен с входом спектрального фильтра 15, а третий порт оптического циркулятора 14 оптически сопряжен с входом приемника одиночных фотонов 16, выход приемника одиночных фотонов 16 является первым выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, выход спектрального фильтра 15 оптически сопряжен с входом приемника классического излучения 17, выход приемника классического излучения 17 является вторым выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, а также устройство сдвига фазы приемного устройства 18, вход устройства сдвига фазы приемного устройства 18 соединен с первым выходом генератора радиочастотного сигнала приемного устройства 19, а выход устройства сдвига фазы приемного устройства 18 соединен с управляющим входом электрооптического амплитудного модулятора приемного устройства 13, второй выход генератора радиочастотного сигнала приемного устройства 19 соединен с входом преобразователя радиочастотного сигнала приемного устройства 20, выход преобразователя радиочастотного сигнала приемного устройства 20 соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора приемного устройства 12, первый и второй выходы генератора радиочастотного сигнала приемного устройства 19 идентичны друг другу, при этом вход электрооптического фазового модулятора приемного устройства 12 является входом приемного устройства 3 и оптически сопряжен с выходом волоконно-оптической линии связи 1; при этом блок синхронизации 4 соединен так, что его первый и второй выходы соединены с синхронизационными входами генератора радиочастотного сигнала передающего устройства 10 и генератора радиочастотного сигнала приемного устройства 19 соответственно, третий и четвертый выходы блока синхронизации 4 соединены с синхронизационными входами устройства сдвига фазы передающего устройства 9 и устройства сдвига фазы приемного устройства 18 соответственно, при этом элементы, входящие в состав передающего устройства 2, источник монохроматического излучения 5, аттенюатор 8, устройство сдвига фазы передающего устройства 9, генератор радиочастотного сигнала передающего устройства 10, преобразователь радиочастотного сигнала передающего устройства 11, и элементы, входящие в состав приемного устройства 3, приемник одиночных фотонов 16, приемник классического излучения 17, устройство сдвига фазы приемного устройства 18, генератор радиочастотного сигнала приемного устройства 19, преобразователь радиочастотного сигнала приемного устройства 20, а также блок синхронизации 4, имеют систему электропитания, которая на схеме не указана.The inventive quantum distribution device of a cryptographic key with frequency coding shown in FIG. 1, contains interconnected fiber-optic communication line 1, the transmitting device 2 and the receiving device 3, as well as the synchronization unit 4; the transmitting device 2 includes: successively optically conjugated, a source of monochromatic radiation 5, an electro-optical amplitude modulator of the transmitting device 6, an electro-optical phase modulator of the transmitting device 7 and an attenuator 8, the output of the attenuator 8 is the output of the transmitting device 2 and optically conjugated to the fiber input the optical communication line 1, as well as the phase shift device of the transmitting device 9, the input of the phase shifting device of the transmitting device 9 is connected to the first output of the generator RF signal of the transmitting device 10, and the output device of the phase shift of the transmitting device 9 is connected to the control input of the electro-optical amplitude modulator of the transmitting device 6, the second generator output of the RF signal of the transmitting device 10 is connected to the input of the RF signal converter of the transmitting device 11, the output of the RF signal converter of the transmitting device 11 is connected to the control input of the electro-optical phase modulator of the transmitting device. 7, the first and second outputs of the radio frequency signal generator of the transmitting device 10 are identical to each other; the receiving device 3 includes: successively optically coupled, an electro-optical phase modulator of the receiving device 12, an electro-optical amplitude modulator of the receiving device 13 and an optical circulator 14, while the second port of the optical circulator 14 is optically coupled to the input of the spectral filter 15, and the third optical port the circulator 14 is optically coupled to the input of a single photon receiver 16, the output of a single photon receiver 16 is the first output of a quantum distribution device cryptograph frequency-encoded key, the output of the spectral filter 15 is optically coupled to the input of the receiver of classical radiation 17, the output of the receiver of classical radiation 17 is the second output of the quantum distribution device of the cryptographic key with frequency-coding, as well as the device of the phase shift of the receiving device 18 device 18 is connected to the first output of the radio frequency signal generator of the receiving device 19, and the output of the phase shifting device of the receiving device 18 is connected with the control input of the electro-optical amplitude modulator of the receiving device 13, the second output of the RF signal generator of the receiving device 19 is connected to the input of the RF signal converter of the receiving device 20, the output of the RF signal converter of the receiving device 20 is connected to the control input of the electro-optical phase modulator of the receiving device 12, first and second outputs the generator of the radio frequency signal of the receiving device 19 are identical to each other, while the input of the electro-optical The coherent phase modulator of the receiving device 12 is the input of the receiving device 3 and is optically coupled to the output of the fiber optic communication line 1; the synchronization unit 4 is connected so that its first and second outputs are connected to the synchronization inputs of the RF signal generator of the transmitting device 10 and the RF signal generator of the receiving device 19, respectively, the third and fourth outputs of the synchronization unit 4 are connected to the synchronization inputs of the phase shifter of the transmitting device 9 and the phase shifter of the receiving device 18, respectively, while the elements that make up the transmitting device 2 are monochromatic source o radiation 5, attenuator 8, phase shift device of the transmitting device 9, radio frequency signal generator of the transmitting device 10, radio frequency signal converter of the transmitting device 11, and elements included in the receiving device 3, single photon receiver 16, classical radiation receiver 17, shifter the phases of the receiving device 18, the radio frequency signal generator of the receiving device 19, the radio frequency signal converter of the receiving device 20, as well as the synchronization unit 4, have a system of ele tropitaniya, which is not shown in the diagram.

Рассмотрим устройство квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием изображенный на Фиг. 1 в работе. Предварительно включают систему электропитания и подают напряжение на элементы входящие в состав передающего устройства 2, источник монохроматического излучения 5, аттенюатор 8, устройство сдвига фазы передающего устройства 9, генератор радиочастотного сигнала передающего устройства 10, преобразователь радиочастотного сигнала передающего устройства 11, и на элементы входящие в состав приемного устройства 3, приемник одиночных фотонов 16, приемник классического излучения 17, устройство сдвига фазы приемного устройства 18, генератор радиочастотного сигнала приемного устройства 19, преобразователь радиочастотного сигнала приемного устройства 20, а также на блок синхронизации 4. На передающем устройстве 2, источником монохроматического излучения 5 генерируется световой пучок с частотой ω0 (фиг. 2). Излучение подвергается амплитудной модуляции в электрооптическом амплитудном модуляторе передающего устройства 6. В простейшем случае применяется периодическая синусоидальная модуляция. Источником синусоидального сигнала является генератор радиочастотного сигнала передающего устройства 10. В результате амплитудной модуляции в спектре сигнала появляются две боковые частоты ω0-Ωа и ω0+Ωа (фиг. 3), отстоящие от основной частоты оптического сигнала ω0 на величину частоты Ωа (фиг. 3) (Ωа - частота модулирующего радиочастотного сигнала для амплитудной модуляции). Далее амплитудно-модулированный сигнал проходит фазовую коммутацию в электрооптическом фазовом модуляторе передающего устройства 7, применяется такая прямоугольная фазовая модуляция, при которой фаза модуляции переворачивается на 180 градусов при каждом прохождении нулевой точки синусоидальной модуляции, вследствие чего вся энергия несущей частоты перекачивается в боковые составляющие ω0-Ωф и ω0+Ωф (фиг. 4) (Ωф - частота модулирующего радиочастотного сигнала для фазовой модуляции), тем самым, из квантового канала передачи исключается многофотонная несущая частота. Источником прямоугольного сигнала является преобразователь радиочастотного сигнала передающего устройства 11. Далее световой пучок ослабляется до однофотонного уровня с помощью аттенюатора 8. Необходимо, чтобы среднее время между двумя генерируемыми фотонами в одном импульсе было больше, чем время передачи одного бита информации. Это условие обеспечивается изменением индекса модуляции, а именно регулировкой амплитуды модулирующего сигнала, осуществляющейся в генераторе радиочастотного сигнала передающего устройства 10 и генераторе радиочастотного сигнала приемного устройства 18. Информационный бит кодируется путем внесения в модулирующий сигнал некоторого фазового сдвига ФА (ФА - фазовый сдвиг, вводимый в передающем устройстве 2). Фазовый сдвиг регулируется устройством сдвига фазы передающего устройства 9. Передающее устройство 2 соединено с приемным устройством 3 волоконно-оптической линией связи 1, представляющей собой квантовый канал.Consider a quantum distribution device of a cryptographic key with frequency coding shown in FIG. 1 in work. Pre-include the power supply system and apply voltage to the elements included in the transmitting device 2, the source of monochromatic radiation 5, the attenuator 8, the device phase shifting the transmitting device 9, the radio frequency signal generator of the transmitting device 10, the radio frequency signal converter of the transmitting device 11, and the elements included in the composition of the receiving device 3, the receiver of single photons 16, the receiver of the classical radiation 17, the device of the phase shift of the receiving device 18, the radio generator The hundredth signal of the receiving device 19, the RF signal converter of the receiving device 20, as well as to the synchronization unit 4. At the transmitting device 2, a source of monochromatic radiation 5 generates a light beam with frequency ω 0 (Fig. 2). The radiation is subjected to amplitude modulation in the electro-optical amplitude modulator of the transmitting device 6. In the simplest case, periodic sinusoidal modulation is applied. The source signal is a sinusoidal radio frequency signal generator of the transmitting apparatus 10. As a result of the amplitude modulation in the signal spectrum there are two sideband frequencies ω 0 -Ω a and ω + Ω 0 a (FIG. 3), separated from the fundamental frequency ω 0 of the optical signal by the frequency Ω a (Fig. 3) (Ω a is the frequency of the modulating radio frequency signal for amplitude modulation). Next, the amplitude-modulated signal passes phase switching in the electro-optical phase modulator of the transmitting device 7, such rectangular phase modulation is applied, at which the modulation phase is inverted by 180 degrees with each passing of the zero point of sinusoidal modulation, as a result of which the entire energy of the carrier frequency is pumped into the lateral components ω 0 -Ω f 0 and ω + Ω p (Figure 4.) (Ω f - frequency modulating a radio frequency signal for phase modulation), thereby, of the quantum channel is eliminated multiphoton carrier frequency. The source of a rectangular signal is an RF signal converter of the transmitting device 11. Further, the light beam is attenuated to a single photon level using an attenuator 8. It is necessary that the average time between two photons generated in one pulse be longer than the transmission time of one bit of information. This condition is provided by changing the modulation index, namely by adjusting the amplitude of the modulating signal, carried out in the generator of the radio frequency signal of the transmitting device 10 and the generator of the radio frequency signal of the receiving device 18. The information bit is encoded by introducing some phase shift Φ A in the modulating signal (Ф А - phase shift, input to the transmitter 2). The phase shift is controlled by the phase shift device of the transmitting device 9. The transmitting device 2 is connected to the receiving device 3 by a fiber-optic communication line 1, which is a quantum channel.

Фазо-коммутированный сигнал (фиг. 4) передается на приемное устройство 3, где подвергается повторной фазовой коммутации (рефазо-коммутация) в электрооптическом фазовом модуляторе приемного устройства 12 для восстановления из боковых составляющих ω0-Ωф и ω0+Ωф (фиг. 4) несущую частоту ω0 (фиг. 5) для дальнейшей повторной амплитудной модуляции (ремодуляции) в электрооптическом амплитудном модуляторе приемного устройства 13. На приемном устройстве используется свой преобразователь радиочастотного сигнала приемного устройства 20 и генератор радиочастотного сигнала приемного устройства 19. В амплитудно-модулирующий сигнал также вносится некоторый фазовый сдвиг ФБ (ФБ - фазовый сдвиг, вводимый в приемном устройстве 3), устройством сдвига фазы приемного устройства 18. Интенсивность излучения на поднесущий частотах ω0-Ωа и ω0+Ωа (фиг. 6), зависит от значений фазового сдвига, внесенных на устройстве сдвига фазы передающего устройства 9 (ФА) и на устройстве сдвига фазы приемного устройства 18 (ФБ). В случае, когда модулирующие радиочастотные сигналы передающего устройства 2 и приемного устройства 3 синфазные ΔФ=0, т.е. разность фаз двух модулирующих радиочастотных сигналов равна нулю (ФА-ФБ=0), на поднесущих частотах ω0-Ωа и ω0+Ωа (фиг. 6) наблюдается конструктивная интерференция, и интенсивность оптического сигнала максимальна. В случае, когда модулирующие радиочастотные сигналы передающего устройства 2 и приемного устройства 3 находятся в противофазе ΔФ=π, т.е. разность фаз модулирующих сигналов равна π (ФА-ФБ=π), наблюдается деструктивная интерференция, и интенсивность сигнала на поднесущих частотах ω0-Ωа и ω0+Ωа (фиг. 7) фактически равняется нулю.Phase-switched signal (Fig. 4) is transmitted to the receiving device 3, where it is subjected to re-phase switching (refase switching) in the electro-optical phase modulator of the receiving device 12 to recover from the side components ω 0 -Ω f and ω 0 + Ω f (fig 4) carrier frequency ω 0 (Fig. 5) for further repeated amplitude modulation (remodeling) in the electro-optical amplitude modulator of the receiving device 13. The receiving device uses its own radio frequency signal converter of the receiving device 20 and the generator p adiochastotnogo signal receiving apparatus 19. The amplitude-modulation signal is also entered a phase shift F D (F D - a phase shift introduced into the receiving device 3), the receiver device 18. The phase shift of the emission intensity at the subcarrier frequency ω 0 and -Ω and ω 0 + Ω a (Fig. 6), depends on the values of the phase shift made on the phase shift device of the transmitting device 9 (F A ) and on the phase shift device of the receiving device 18 (F B ). In the case when the modulating radio-frequency signals of the transmitting device 2 and the receiving device 3 are in-phase ΔF = 0, i.e. the phase difference of two modulating radio frequency signals is zero (Ф А -Ф Б = 0), constructive interference is observed at subcarriers frequencies ω 0 -Ω a and ω 0 + Ω a (Fig. 6), and the optical signal intensity is maximum. In the case when the modulating radio-frequency signals of the transmitting device 2 and the receiving device 3 are in antiphase ΔF = π, i.e. the phase difference of the modulating signals is π (Φ A –F B = π), destructive interference is observed, and the signal intensity at the subcarrier frequencies ω 0 -Ω a and ω 0 + Ω a (Fig. 7) is virtually zero.

Из электрооптического амплитудного модулятора приемного устройства 13 сигнал попадает на первый порт оптического циркулятора 14. Оптический циркулятор 14 направляет пришедший сигнал, через второй порт, на спектральный фильтр 15. В спектральном фильтре 15 разделяются спектральные составляющие сигнала. Сигнал на несущей частоте ω0 (фиг. 8) который является опорным сигналом, проходит через спектральный фильтр 15 и попадает в приемник классического излучения 17. Сигналы на поднесущих частотах ω0-Ωа и ω0+Ωа (фиг. 9) отражается от спектрального фильтра 15 и обратно попадает во второй порт оптического циркулятора 14. Из второго порта оптического циркулятора 14 сигнал направляется в третий порт, после чего следует на вход приемника одиночных фотонов 16.From the electro-optical amplitude modulator of the receiving device 13, the signal enters the first port of the optical circulator 14. The optical circulator 14 directs the incoming signal, via the second port, to the spectral filter 15. In the spectral filter 15, the spectral components of the signal are separated. The signal at the carrier frequency ω 0 (Fig. 8), which is the reference signal, passes through the spectral filter 15 and enters the classical radiation receiver 17. The signals on the subcarrier frequencies ω 0 -Ω a and ω 0 + Ω a (Fig. 9) are reflected from the spectral filter 15 and back into the second port of the optical circulator 14. From the second port of the optical circulator 14, the signal is sent to the third port, followed by the input of a single photon receiver 16.

Сигналы на основной частоте ω0 (фиг. 8) и на поднесущих частотах ω0-Ωа и ω0+Ωа (фиг. 9) детектируются отдельно. Сигнал на основной частоте ω0 (фиг. 8) является опорным сигналом и детектируется приемником классического излучения 17. Его детектирование необходимо для подтверждения присутствия переданного информационного бита. Сигнал на поднесущих частотах ω0-Ωа и ω0+Ωа (фиг. 9) регистрируется приемником одиночных фотонов 16. Данные, полученные с приемника одиночных фотонов 16, и с приемника классического излучения 17, передаются соответственно через первый и второй выход устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием на компьютер (который на схеме не указан), и дальнейшая обработка этих данных производится на компьютере. Анализируя сигналы на поднесущих частотах ω0-Ωа и ω0+Ωа (фиг. 9) оптического излучения, интенсивность которых зависит от разности фаз ФА и ФБ двух модулирующих сигналов, передающее устройство и приемное устройство получают секретный криптографический ключ и делают вывод о присутствии подслушивающего злоумышленника.Signals at the main frequency ω 0 (FIG. 8) and on subcarriers frequencies ω 0 -Ω a and ω 0 + Ω a (FIG. 9) are detected separately. The signal at the main frequency ω 0 (Fig. 8) is the reference signal and is detected by the receiver of classical radiation 17. Its detection is necessary to confirm the presence of the transmitted information bit. The signal on the subcarrier frequencies ω 0 -Ω a and ω 0 + Ω a (Fig. 9) is recorded by a single photon receiver 16. Data received from a single photon receiver 16 and from a classical radiation receiver 17 are transmitted via the first and second output devices, respectively quantum distribution of a cryptographic key with frequency coding to a computer (which is not shown in the diagram), and further processing of this data is performed on a computer. Analyzing the signals on the subcarrier frequencies ω 0 -Ω a and ω 0 + Ω a (Fig. 9) of optical radiation, the intensity of which depends on the phase difference Φ A and F B of the two modulating signals, the transmitting device and the receiving device receive a secret cryptographic key and make the conclusion about the presence of the eavesdropping intruder.

Блок синхронизации 4 обеспечивает стабильность частоты модулирующих радиочастотных сигналов передающего устройства 2 и приемного устройства 3, а также контролирует тактовую частоту последовательности значений фазового сдвига на устройстве сдвига фазы передающего устройства 9 и устройстве сдвига фазы приемного устройства 18.The synchronization unit 4 provides the frequency stability of the modulating radio frequency signals of the transmitting device 2 and the receiving device 3, and also controls the clock frequency of the sequence of phase shift values on the phase shifter device of the transmitting device 9 and the phase shifter device of the receiving device 18.

Устройство квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием может быть реализован на следующих элементах, рассчитанных на работу на длине волны 1550 нм (возможны и другие длины волн):The device of quantum distribution of a cryptographic key with frequency coding can be implemented on the following elements, designed to operate at a wavelength of 1550 nm (other wavelengths are possible):

- волоконно-оптическая линия связи 1, представляет собой одномодовое волокно SMF-28 1550 нм различных производителей. Например: эталонные шнуры или кабели на волокне SMF-28 фирмы Corning, ТЕЛЕКОМ-ТЕСТ фирмы ООО «Производственно-торговая компания СОКОЛ», АО «ОФС РУС Волоконно-Оптическая Кабельная Компания», ЗАО "Самарская оптическая кабельная компания", ЗАО "ВИКТАН" - ПРЕДСТАВИТЕЛЬ В РФ ПАО "ЗАВОД "ЮЖКАБЕЛЬ", Broadcom Limited (Сингапур и США), Fiber Instrument Sales Inc. (США), Eoptolink Technology Inc., Ltd. (Китай), Sumix (США), OPTOKON a.s. (Чехия), Optoway Technologies Inc. (Тайвань), Kamaxoptic Communication Co., Ltd. (Шэньчжэнь, Китай), Kaiphone Technology Co., Ltd. (Китай), Industrial Fiber Optics (США), Allray Inc. (Китай), Nestor Cables Oy (Финляндия) и т.д.- fiber-optic communication line 1, is a single-mode fiber SMF-28 1550 nm from various manufacturers. For example: reference cords or cables on SMF-28 fiber by Corning, TELECOM-TEST, produced by SOKOL Production and Trading Company LLC, OFS RUS Volokonno-Opticalheskaya Kabelnaya Company, Samara Optical Cable Company CJSC, VIKTAN CJSC - REPRESENTATIVE TO THE RUSSIAN FEDERATION PJSC "PLANT YUZHKABEL", Broadcom Limited (Singapore and USA), Fiber Instrument Sales Inc. (USA), Eoptolink Technology Inc., Ltd. (China), Sumix (USA), OPTOKON as (Czech Republic), Optoway Technologies Inc. (Taiwan), Kamaxoptic Communication Co., Ltd. (Shenzhen, China), Kaiphone Technology Co., Ltd. (China), Industrial Fiber Optics (USA), Allray Inc. (China), Nestor Cables Oy ( Finland), etc.

Устройства, входящие в передающее устройство 2 могут быть реализованы на следующих элементах:The devices included in the transmitting device 2 can be implemented on the following elements:

- источник монохроматического излучения 5, может быть выполнен, как одночастотный полупроводниковый лазер с волоконным выходом, с перестраиваемой длиной волны в диапазоне 1510-1560 нм и перестраиваемым значением выходной мощности от 3 до 10 мВт различных производителей. Например: PHOENIX 1200 - перестраиваемый лазер - фирмы LUNA Luna Innovations Incorporated (США) или PHOENIX 1000 - перестаиваемые ECDL лазеры - фирмы LUNA Luna Innovations Incorporated (США) или 1752A - 1,5 мкм лазерные диоды стандарта DOCSIS 3.1 - фирмы EMCORE (США), Короткоимпульсный лазерный источник ID300 - фирмы ID Quantique (Швейцария) и т.д.- a source of monochromatic radiation 5, can be made as a single-frequency semiconductor laser with a fiber output, with a tunable wavelength in the range of 1510–1560 nm and a tunable output power from 3 to 10 mW of various manufacturers. For example: PHOENIX 1200 - tunable laser - manufactured by LUNA Luna Innovations Incorporated (USA) or PHOENIX 1000 - tunable ECDL lasers - manufactured by LUNA Luna Innovations Incorporated (USA) or 1752A - 1.5 micron DOCSIS 3.1 laser diodes - EMCORE (USA) ID300 short-pulse laser source - by firm ID Quantique (Switzerland), etc.

- электрооптический амплитудный модулятор передающего устройства 6, может быть построен на кристалле ниобата лития (LiNbO3) с потерями на пропускание 2.5-3 дБ различных производителей. Например: MXAN-LN-10 - аналоговый 1550 нм 12 ГГц оптический модулятор - фирмы iXBlue Photonics (Франция), LN81S-FC - Zero-Chirp, 10 GHz Intensity Mod., Integrated PD and Replaceable GPO Conn, FC/PC - фирмы Thorlabs (США), LN82S-FC - Fixed-Chirp, 10 GHz Intensity Mod., Integrated PD and Replaceable GPO Connector, FC/PC - фирмы Thorlabs (США) LN58S-FC - 20 GHz Low Vpi Analog Modulator, FC/PC Connectorized - фирмы Thorlabs (США) и т.д.- Electro-optical amplitude modulator of the transmitting device 6, can be built on a lithium niobate crystal (LiNbO3) with transmission losses of 2.5-3 dB from various manufacturers. For example: MXAN-LN-10 - analog 1550 nm 12 GHz optical modulator - iXBlue Photonics (France), LN81S-FC - Zero-Chirp, 10 GHz Intensity Mod., Integrated PD and Replaceable GPO Conn, FC / PC - from Thorlabs (USA), LN82S-FC - Fixed-Chirp, 10 GHz Intensity Mod., Integrated PD and Replaceable GPO Connector, FC / PC - Thorlabs (USA) LN58S-FC - 20 GHz Low Vpi Analog Modulator, FC / PC Connectorized - firms Thorlabs (USA), etc.

- электрооптический фазовый модулятор передающего устройства 7, может быть построен на кристалле ниобата лития (LiNbO3) с потерями на пропускание 2.5-3 дБ различных производителей. Например MPZ-LN-10 - 1550 нм 12 ГГц фазовый модулятор - фирмы iXBlue Photonics (Франция), LN65S-FC - 10 GHz Phase Modulator with Polarizer, FC/PC Connectors - фирмы Thorlabs (США), LN53S-FC - 10 GHz Phase Modulator without Polarizer, FC/PC Connectors - фирмы Thorlabs (США) и т.д.- Electro-optical phase modulator of the transmitting device 7, can be built on a lithium niobate crystal (LiNbO3) with a transmission loss of 2.5-3 dB from various manufacturers. For example MPZ-LN-10 - 1550 nm 12 GHz phase modulator - iXBlue Photonics (France), LN65S-FC - 10 GHz Phase Modulator with Polarizer, FC / PC Connectors - Thorlabs (USA), LN53S-FC - 10 GHz Phase Modulator without Polarizer, FC / PC Connectors - firms Thorlabs (USA), etc.

- аттенюатор 8, может быть выполнен, как одномодовый регулируемый аттенюатор различных производителей. Например: VOA50-APC Одномодовый регулируемый аттенюатор, рабочая длина волны: 1310/1550 нм, макс, ослабление: 50 дБ, разъемы: FC/APC, - фирмы Thorlabs (США), VOA50-FC - Одномодовый регулируемый аттенюатор, рабочая длина волны: 1310/1550 нм, макс, ослабление: 50 дБ, разъемы: FC/PC, - фирмы Thorlabs (США), VOA50 - Одномодовый регулируемый аттенюатор, рабочая длина волны: 1310/1550 нм, макс, ослабление: 50 дБ, без разъемов, - фирмы Thorlabs (США), V1550F - Электронный регулируемый аттенюатор, рабочий диапазон: 1250 - 1650 нм, разъем: FC/PC, - фирмы Thorlabs (США) и т.д.- attenuator 8, can be performed as a single-mode adjustable attenuator of various manufacturers. For example: VOA50-APC Single-mode adjustable attenuator, working wavelength: 1310/1550 nm, max, attenuation: 50 dB, connectors: FC / APC, - by Thorlabs (USA), VOA50-FC - Single-mode adjustable attenuator, working wavelength: 1310/1550 nm, max, attenuation: 50 dB, connectors: FC / PC, - by Thorlabs (USA), VOA50 - Single-mode adjustable attenuator, working wavelength: 1310/1550 nm, max, attenuation: 50 dB, without connectors, - firms Thorlabs (USA), V1550F - Electronic adjustable attenuator, working range: 1250 - 1650 nm, connector: FC / PC, - firms Thorlabs (USA), etc.

- устройство сдвига фазы передающего устройства 9, может быть выполнено, как программируемый фазовращатель. Например: LPS-402 программируемый фазовращатель USB с пропускной способностью 2 ГГц и LPS-802 программируемый фазовращатель USB с пропускной способностью 4 ГГц - фирмы Vaunix (США)- the device of phase shift of the transmitting device 9, can be performed as a programmable phase shifter. For example: LPS-402 programmable USB phase shifter with 2 GHz bandwidth and LPS-802 programmable 4 GHz USB phase shifter by Vaunix (USA)

- генератор радиочастотного сигнала передающего устройства 10, может быть выполнен, как программируемый USB-генератор сигналов. Например: LMS-802DX 2,0-8,0 ГГц программируемый USB-генератор сигналов - фирмы Vaunix (США)- the generator of the radio frequency signal of the transmitting device 10 may be implemented as a programmable USB signal generator. For example: LMS-802DX 2.0-8.0 GHz programmable USB signal generator - Vaunix (USA)

- преобразователь радиочастотного сигнала приемного устройства 11, может быть выполнен как триггер Шмитта. Например: SN74LVC2G17 Dual Schmitt-Trigger Buffer - фирмы Texas Instruments (США)- converter RF signal receiver 11, can be performed as a Schmitt trigger. For example: SN74LVC2G17 Dual Schmitt-Trigger Buffer - Texas Instruments (USA)

Устройства, входящие в приемное устройство 3 могут быть реализованы на следующих элементах:The devices included in the receiving device 3 can be implemented on the following elements:

- электрооптический фазовый модулятор приемного устройства 12, может быть построен на кристалле ниобата лития (LiNbO3) с потерями на пропускание 2.5-3 дБ различных производителей. Например MPZ-LN-10 - 1550 нм 12 ГГц фазовый модулятор - фирмы iXBlue Photonics (Франция), LN81S-FC - Zero-Chirp, 10 GHz Intensity Mod., Integrated PD and Replaceable GPO Conn, FC/PC - фирмы Thorlabs (США), LN82S-FC - Fixed-Chirp, 10 GHz Intensity Mod., Integrated PD and Replaceable GPO Connector, FC/PC - фирмы Thorlabs (США) и т.д.- Electro-optical phase modulator receiver 12, can be built on a lithium niobate crystal (LiNbO3) with a transmission loss of 2.5-3 dB from different manufacturers. For example, MPZ-LN-10 - 1550 nm 12 GHz phase modulator - iXBlue Photonics (France), LN81S-FC - Zero-Chirp, 10 GHz Intensity Mod., Integrated PD and Replaceable GPO Conn, FC / PC - from Thorlabs (USA ), LN82S-FC - Fixed-Chirp, 10 GHz Intensity Mod., Integrated PD and Replaceable GPO Connector, FC / PC - by Thorlabs (USA), etc.

- электрооптический амплитудный модулятор приемного устройства 13, может быть построен на кристалле ниобата лития (LiNbO3) с потерями на пропускание 2.5-3 дБ различных производителей. Например: MXAN-LN-10 -аналоговый 1550 нм 12 ГГц оптический модулятор - фирмы iXBlue Photonics (Франция), LN65S-FC - 10 GHz Phase Modulator with Polarizer, FC/PC Connectors - фирмы Thorlabs (США), LN53S-FC - 10 GHz Phase Modulator without Polarizer, FC/PC Connectors - фирмы Thorlabs (США) и т.д.- An electro-optical amplitude modulator of the receiving device 13, can be built on a lithium niobate crystal (LiNbO3) with transmission losses of 2.5-3 dB from various manufacturers. For example: MXAN-LN-10 -analog 1550 nm 12 GHz optical modulator - iXBlue Photonics (France), LN65S-FC - 10 GHz Phase Modulator with Polarizer, FC / PC Connectors - Thorlabs (USA), LN53S-FC - 10 GHz Phase Modulator without Polarizer, FC / PC Connectors - Thorlabs (USA), etc.

- оптический циркулятор 14, может быть выполнен, как волоконно-оптический циркулятор SFC3-55-LTS-NC - фирмы OPTOKON (Чешская Республика, Чехия)- optical circulator 14, can be performed as a fiber-optic circulator SFC3-55-LTS-NC - by OPTOKON (Czech Republic, Czech Republic)

- спектральный фильтр 15, может быть выполнен, как волоконно-оптическая решетка Брэгга с фазовым - сдвигом записанная на волокне SMF-28 в НЦВО «Фотоника» (Москва), НИИ ПРЭФЖС КНИТУ-КАИ (Казань), Инверсия-Файбер (Новосибирск), Инверсия-Сенсор (Пермь) и т.д.- Spectral filter 15, can be made as a Bragg fiber grating with a phase shift written on the SMF-28 fiber in the National Central Military Regional "Photonics" (Moscow), SRI PREFZHS KNITU-KAI (Kazan), Inversion-Fiber (Novosibirsk), Inversion-Sensor (Perm), etc.

- приемник одиночных фотонов 16, может быть выполнен, как детектор одиночных фотонов на кремниевых лавинных диодах различных производителей. Например: модели ID230, ID210, ID220, ID280 - фирмы ID Quantique (Швейцария)- the receiver of single photons 16, can be performed as a detector of single photons on silicon avalanche diodes of various manufacturers. For example: model ID230, ID210, ID220, ID280 - firms ID Quantique (Switzerland)

- приемник классического излучения 17, может быть выполнен, как SFP трансмиттер различных производителей и разной дальности (например: 3 км, 20 км, 40 км, 80 км, 120 км) - фирмы NetLink (Китай), GIGALINK (Россия), Cisco (США), Стрела (Россия)- the receiver of classical radiation 17, can be performed as an SFP transmitter from different manufacturers and different ranges (for example: 3 km, 20 km, 40 km, 80 km, 120 km) - firms NetLink (China), GIGALINK (Russia), Cisco ( USA), Strela (Russia)

- устройство сдвига фазы приемного устройства 18, может быть выполнено, как программируемый фазовращатель. Например: LPS-402 Программируемый фазовращатель USB с пропускной способностью 2 ГГц или LPS-802 Программируемый фазовращатель USB с пропускной способностью 4 ГГц - фирмы Vaunix (США)- the device phase shift receiving device 18, can be performed as a programmable phase shifter. For example: LPS-402 Programmable USB Phaser with 2 GHz bandwidth or LPS-802 Programmable USB Phaser with 4 GHz bandwidth - Vaunix (USA)

- генератор радиочастотного сигнала приемного устройства 19, может быть выполнен, как программируемый USB-генератор сигналов. Например: LMS-802DX 2,0-8,0 ГГц программируемый USB-генератор сигналов - фирмы Vaunix (США)- the generator of the radio frequency signal of the receiving device 19, can be performed as a programmable USB signal generator. For example: LMS-802DX 2.0-8.0 GHz programmable USB signal generator - Vaunix (USA)

- преобразователь радиочастотного сигнала приемного устройства 20, может быть выполнен как триггер Шмитта. Например: SN74LVC2G17 Dual Schmitt-Trigger Buffer - фирмы Texas Instruments (США)- Converter radio frequency signal of the receiving device 20, can be performed as a Schmitt trigger. For example: SN74LVC2G17 Dual Schmitt-Trigger Buffer - Texas Instruments (USA)

Блок синхронизации 4, может быть выполнен, как формирователь управляющих сигналов для синхронизации измерительно-вычислительных комплексов. Например: МЕ-020В4 блок синхронизации - научно-производственной предприятии "МЕРА" (Россия).The synchronization unit 4 can be performed as a driver of control signals for synchronization of measuring and computing complexes. For example: ME-020V4 synchronization unit - research and production enterprise "MERA" (Russia).

Заявляемое изобретение позволяет решить поставленную задачу и достичь технический результат повышения достоверности рассылки криптографического ключа по квантовому каналу, за счет исключения несущей из структуры сигнала передаваемого по квантовому каналу рассылки ключа.The claimed invention allows to solve the problem and achieve the technical result of increasing the reliability of sending a cryptographic key through a quantum channel, by eliminating the carrier signal from the structure of the key transmitted through a quantum channel.

Заявляемое изобретение обладает следующими дополнительными преимуществами по сравнению с прототипом: исключает возможность появления нелинейной фазовой модуляции в канале, повышает устойчивость системы к атакам направленным на подсчет количества фотонов в канале со стороны нелегитимного участника.The claimed invention has the following additional advantages compared with the prototype: eliminates the possibility of non-linear phase modulation in the channel, increases the resistance of the system to attacks aimed at counting the number of photons in the channel from the side of the illegitimate participant.

Claims (1)

Устройство квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, содержащее соединенные между собой волоконно-оптической линией связи передающее устройство и приемное устройство; а также блок синхронизации; при этом передающее устройство включает в себя источник монохроматического излучения, электрооптический фазовый модулятор передающего устройства, выход которого оптически сопряжен с входом аттенюатора, выход аттенюатора оптически сопряжен с входом волоконно-оптической линии связи; а также устройство сдвига фазы передающего устройства, вход которого соединен с первым выходом генератора радиочастотного сигнала передающего устройства; при этом приемное устройство включает в себя электрооптический фазовый модулятор приемного устройства, оптический циркулятор, второй порт оптического циркулятора оптически сопряжен с входом спектрального фильтра, третий порт оптического циркулятора оптически сопряжен с входом приемника одиночных фотонов, выход приемника одиночных фотонов является первым выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, выход спектрального фильтра оптически сопряжен с входом приемника классического излучения, выход приемника классического излучения является вторым выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, а также устройство сдвига фазы приемного устройства, вход устройства сдвига фазы приемного устройства соединен с первым выходом генератора радиочастотного сигнала приемного устройства; при этом первый и второй выходы блока синхронизации соединены с синхронизационными входами генератора радиочастотного сигнала передающего устройства и генератора радиочастотного сигнала приемного устройства соответственно, третий и четвертый выходы блока синхронизации соединены с синхронизационными входами устройства сдвига фазы передающего устройства и устройства сдвига фазы приемного устройства соответственно, отличающееся тем, что в передающее устройство дополнительно введены электрооптический амплитудный модулятор передающего устройства и преобразователь радиочастотного сигнала передающего устройства, при этом вход электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства оптически сопряжен с выходом источника монохроматического излучения, выход электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства оптически сопряжен с входом электрооптического фазового модулятора передающего устройства, а управляющий вход электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства соединен с выходом устройства сдвига фазы передающего устройства, вход преобразователя радиочастотного сигнала передающего устройства соединен с вторым выходом генератора радиочастотного сигнала передающего устройства, а выход преобразователя радиочастотного сигнала передающего устройства соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора передающего устройства; в приемное устройство также дополнительно введены электрооптический амплитудный модулятор приемного устройства, преобразователь радиочастотного сигнала приемного устройства, при этом вход электрооптического амплитудного модулятора приемного устройства оптически сопряжен с выходом электрооптического фазового модулятора приемного устройства, выход электрооптического амплитудного модулятора приемного устройства оптически сопряжен с первым портом оптического циркулятора, управляющий вход электрооптического амплитудного модулятора приемного устройства соединен с выходом устройства сдвига фазы приемного устройства, вход преобразователя радиочастотного сигнала приемного устройства соединен с вторым выходом генератора радиочастотного сигнала приемного устройства, выход преобразователя радиочастотного сигнала приемного устройства соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора приемного устройства, вход электрооптического фазового модулятора приемного устройства оптически сопряжен с выходом волоконно-оптической линии связи.A device for quantum distribution of a cryptographic key with frequency coding, containing a transmitting device and a receiving device connected by a fiber-optic communication line; as well as the synchronization unit; while the transmitting device includes a source of monochromatic radiation, an electro-optical phase modulator of the transmitting device, the output of which is optically coupled to the input of the attenuator, the output of the attenuator is optically coupled to the input of the fiber-optic communication line; and also a device for shifting the phase of the transmitting device, the input of which is connected to the first output of the generator of the radio frequency signal of the transmitting device; the receiving device includes an electro-optical phase modulator of the receiving device, an optical circulator, a second port of an optical circulator is optically coupled to the input of a spectral filter, a third port of an optical circulator is optically coupled to an input of a single photon receiver, the output of a single cryptographic quantum output device key with frequency coding, the output of the spectral filter is optically coupled to the input of a classical receiver; In addition, the output of the receiver of classical radiation is the second output of a quantum distribution device of a cryptographic key with frequency coding, as well as a device for a phase shift of a receiving device, the input of a device for phase shifting a receiving device is connected to the first output of a radio frequency signal generator of a receiving device; the first and second outputs of the synchronization unit are connected to the synchronization inputs of the generator of the RF signal of the transmitting device and the generator of the RF signal of the receiving device, respectively, the third and fourth outputs of the synchronization unit are connected to the synchronization inputs of the device of the phase shift of the transmitting device and the device phase shifting of the receiving device, respectively, differing in that an electro-optic amplitude modulator is additionally introduced into the transmitter the transmitting device’s RF signal converter, the input of the electro-optical amplitude modulator of the transmitting device is optically coupled to the output of the monochromatic radiation source, the output of the electro-optical amplitude modulator of the transmitting device is optically coupled to the input of the electro-optical phase modulator of the transmitting device, and the control input of the electro-optical amplitude modulator of the transmitting device with the output of the phase shifter before separating apparatus, the input RF signal transmitter transmitting device connected to a second output RF signal generator of the transmitting device, and the output RF signal transmitter transmitting device connected to the control input of the electro-optic phase modulator transmitter; An electro-optical amplitude modulator of the receiving device, a radio-frequency signal converter of the receiving device are also added to the receiving device, while the input of the electro-optical amplitude modulator of the receiving device is optically coupled to the output of the electro-optical phase modulator of the receiving device, the output of the electro-optical amplitude modulator of the receiving device is optically coupled to the first port of the optical circulator, control input of the electro-optical amplitude module the receiver of the receiving device is connected to the output of the phase shifting device of the receiving device, the converter input of the radio frequency signal of the receiving device is connected to the second output of the radio frequency signal generator of the receiving device, the output of the converter of the radio frequency signal of the receiving device is connected to the control input of the receiver's electro-optical modulator, the input of the receiving device electro-optical phase modulator optically coupled with the output of the fiber-optic communication line.
RU2018124368A 2018-07-03 2018-07-03 Device for quantum sending of a cryptographic key with frequency coding RU2692431C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018124368A RU2692431C1 (en) 2018-07-03 2018-07-03 Device for quantum sending of a cryptographic key with frequency coding

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018124368A RU2692431C1 (en) 2018-07-03 2018-07-03 Device for quantum sending of a cryptographic key with frequency coding

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2692431C1 true RU2692431C1 (en) 2019-06-24

Family

ID=67038124

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018124368A RU2692431C1 (en) 2018-07-03 2018-07-03 Device for quantum sending of a cryptographic key with frequency coding

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2692431C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2737956C1 (en) * 2019-11-20 2020-12-07 Общество с ограниченной ответственностью "Кванттелеком" Quantum communication device resistant to optical probing of modulators
RU2744509C1 (en) * 2020-01-22 2021-03-11 Общество с ограниченной ответственностью "Кванттелеком" Apparatus for quantum communication at side frequencies with increased discrete set of modulating signal phases
RU2784025C1 (en) * 2022-04-25 2022-11-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Device for quantum sending of a cryptographic key with frequency coding
WO2023282782A1 (en) * 2021-07-09 2023-01-12 Общество С Ограниченной Ответственностью "Курэйт" Amplitude and phase modulator based on semiconductor lasers

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994015422A1 (en) * 1992-12-24 1994-07-07 British Telecommunications Public Limited Company System and method for key distribution using quantum cryptography
US6272224B1 (en) * 1997-05-06 2001-08-07 France Telecom Method and apparatus for quantum distribution of an encryption key
EP1603268A1 (en) * 2003-03-10 2005-12-07 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Quantum key delivery method and communication device
US7227955B2 (en) * 2003-02-07 2007-06-05 Magiq Technologies, Inc. Single-photon watch dog detector for folded quantum key distribution system
US7266304B2 (en) * 2000-12-12 2007-09-04 France Telecom System for secure optical transmission of binary code
RU2454810C1 (en) * 2010-11-24 2012-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" ("НИУ ИТМО") Device of quantum distribution of cryptographic key on modulated radiation frequency subcarrier
RU2622985C1 (en) * 2015-12-09 2017-06-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) Device of quantum cryptography (versions)

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994015422A1 (en) * 1992-12-24 1994-07-07 British Telecommunications Public Limited Company System and method for key distribution using quantum cryptography
US6272224B1 (en) * 1997-05-06 2001-08-07 France Telecom Method and apparatus for quantum distribution of an encryption key
US7266304B2 (en) * 2000-12-12 2007-09-04 France Telecom System for secure optical transmission of binary code
US7227955B2 (en) * 2003-02-07 2007-06-05 Magiq Technologies, Inc. Single-photon watch dog detector for folded quantum key distribution system
EP1603268A1 (en) * 2003-03-10 2005-12-07 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Quantum key delivery method and communication device
RU2454810C1 (en) * 2010-11-24 2012-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" ("НИУ ИТМО") Device of quantum distribution of cryptographic key on modulated radiation frequency subcarrier
RU2622985C1 (en) * 2015-12-09 2017-06-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) Device of quantum cryptography (versions)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2737956C1 (en) * 2019-11-20 2020-12-07 Общество с ограниченной ответственностью "Кванттелеком" Quantum communication device resistant to optical probing of modulators
RU2744509C1 (en) * 2020-01-22 2021-03-11 Общество с ограниченной ответственностью "Кванттелеком" Apparatus for quantum communication at side frequencies with increased discrete set of modulating signal phases
WO2023282782A1 (en) * 2021-07-09 2023-01-12 Общество С Ограниченной Ответственностью "Курэйт" Amplitude and phase modulator based on semiconductor lasers
RU2813164C1 (en) * 2021-07-09 2024-02-07 ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "КуРэйт" (ООО "КуРэйт") Amplitude-phase modulator on semiconductor lasers with optical injection and method for its application for quantum key distribution
RU2784025C1 (en) * 2022-04-25 2022-11-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Device for quantum sending of a cryptographic key with frequency coding
RU2784023C1 (en) * 2022-04-25 2022-11-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Quantum distribution device for a cryptographic key with frequency coding
RU2807659C1 (en) * 2023-07-05 2023-11-21 ООО "СМАРТС-Кванттелеком" Quantum communication device resistant to long-wavelength optical sensing of modulators

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10951324B2 (en) Transmitter for a quantum communication system, a quantum communication system and a method of generating intensity modulated photon pulses
EP3512154B1 (en) Encoding apparatus, and quantum key distribution device and system based on same
US7398022B2 (en) Optical return-to-zero phase-shift keying with improved transmitters
US10972187B1 (en) Light source for quantum communication system, and encoding device
RU2454810C1 (en) Device of quantum distribution of cryptographic key on modulated radiation frequency subcarrier
US7761012B2 (en) Optical communication system and method for generating dark return-to zero and DWDM optical MM-Wave generation for ROF downstream link using optical phase modulator and optical interleaver
RU2692431C1 (en) Device for quantum sending of a cryptographic key with frequency coding
CN106330428A (en) Secondary chaotic encryption optical communication system based on phase transformation
US20230261761A1 (en) Systems and methods for quantum communication
US20110164844A1 (en) Optical modulator
Wang et al. Multitap photonic microwave filters with arbitrary positive and negative coefficients using a polarization modulator and an optical polarizer
US10511437B1 (en) Fast polarization encoding using electrooptical phase modulator
KR100547781B1 (en) Polarized Duobinary Optical Transmission Device
Li et al. Photonic generation of microwave binary digital modulation signal with format agility and parameter tunability
Wang et al. Cost-effective optical Nyquist pulse generator with ultraflat optical spectrum using dual-parallel Mach-Zehnder modulators
Jain et al. Demonstration of RZ-OOK modulation scheme for high speed optical data transmission
KR102576065B1 (en) Generation of optical pulses with controlled distribution of quadrature component values
RU2784025C1 (en) Device for quantum sending of a cryptographic key with frequency coding
RU2784023C1 (en) Quantum distribution device for a cryptographic key with frequency coding
Ji et al. Simultaneous clock recovery and demultiplexing of a 320 Gb/s OTDM system using an optoelectronic oscillator based on cascaded MZM and PolM
JP5957924B2 (en) Quantum key distribution apparatus and quantum key distribution method
Xavier et al. Modulation schemes for frequency coded quantum key distribution
Hui et al. A new scheme to implement the reconfigurable optical logic gate in Millimeter Wave over fiber system
US8014683B2 (en) Transmitter for an optical communication signal
JP2013225762A (en) Coherent optical transmission system