一种抗偏振扰动的量子数字签名系统技术方案

一种抗偏振扰动的量子数字签名系统，包括一个消息的发送者Alice和两个消息接收者Bob和接收者Charlie，所述发送者Alice将一个消息结合数字签名发送给接收者Bob和接收者Charlie，所述接收者Bob作为消息的认证者，把发送者Alice发送的信息转发给接收者Charlie，所述接收者Charlie的构成与接收者Bob完全相同。与现有技术相比，本实用新型专利技术提出一种可以抗信道偏振扰动的基于相位编码BB84量子密钥分发系统的量子数字签名方案。信道扰动导致的光子偏振态变化不影响系统最终的干涉结果，即可以保证系统的稳定性。可以保证系统的稳定性。可以保证系统的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种抗偏振扰动的量子数字签名系统


[0001]本技术涉及量子数字签名
，特别涉及一种抗偏振扰动的量子数字签名系统。

技术介绍

[0002]数字签名广泛应用于诸多方面，如电子邮件，金融交易等，被认为是现代密码学最基础和实用的技术之一。数字签名通常被用来保证信息被合法用户在身份得到认证的条件下进行签名，同时确保信息可转移，不可伪造，不可抵赖。然而，目前常用的数字签名协议都是采用公钥体制，其安全性依赖于特定问题的计算复杂度假设。随着量子计算机的出现，经典数字签名的安全性面临着严峻的考验。幸运的是，量子数字签名(quantum digital signature,QDS)协议提供了基于量子力学原理的信息论安全性。
[0003]量子数字签名协议移除了原始协议对安全量子信道的需求，分为分发和签名两个阶段，其中分发阶段采用了与QKD相同的密钥生成协议(key generationprotocol,KGP)来生成初始密钥，但是无需进行纠错和保密放大等后处理过程。在这种QDS协议中，除KGP阶段为量子过程外，其余阶段的通信均为经典过程。量子数字签名协议可以直接利用现有的量子密钥分发系统，并且不需要安全的量子信道。然而在实地应用场景，常用的光纤信道存在双折射等效应，信道偏振扰动对系统的影响不可忽视。专利CN204993393U中提出了一种基于偏振编码的方案，需要采用主动偏振反馈系统，增加了系统的复杂度和不稳定性。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在以上缺陷，为了提高系统的实用性，本技术提出一种可以抗信道偏振扰动的基于相位编码BB84量子密钥分发系统的量子数字签名方案。信道扰动导致的光子偏振态变化不影响系统最终的干涉结果，即可以保证系统的稳定性：
[0005]本技术的技术方案是这样实现的：
[0006]一种抗偏振扰动的量子数字签名系统，包括一个消息的发送者Alice和两个消息接收者Bob和接收者Charlie，所述发送者Alice将一个消息结合数字签名发送给接收者Bob和接收者Charlie，所述接收者Bob作为消息的认证者，把发送者Alice发送的信息转发给接收者Charlie，
[0007]所述接收者Bob包括一个激光器Laser、一个光强调制器IM、一个不等臂 MZ干涉仪、一个可调衰减器VOA以及一个消偏器Depol，所述激光器Laser 依次连接光强调制器IM、不等臂MZ干涉仪、可调衰减器VOA以及消偏器 Depol；
[0008]所述接收者Charlie的构成与接收者Bob完全相同；
[0009]所述发送者Alice包括四个偏振分束器PBS和两个与接收者Bob相同的不等臂MZ干涉仪以及两个单光子探测器，四个偏振分束器为第一偏振分束器、第二偏振分束器、第三偏振分束器、第四偏振分束器、所述两个不等臂MZ干涉仪为第一不等臂干涉仪、第二不等臂干涉仪，所述两个单光子探测器为第一单光子探测器与第二单光子探测器，所述第一偏振分
束器三端口连接第一不等臂干涉仪第一输入口，所述第一偏振分束器四端口连接第二不等臂干涉仪第一输入口，所述第二偏振分束器三端口连接第一不等臂干涉仪第二输入口，所述第二偏振分束器四端口连接第二不等臂干涉仪第二输入口，所述第一不等臂干涉仪第一输出口连接第三偏振分束器一端口，所述第一不等臂干涉仪第二输出口连接第四偏振分束器一端口，所述第二不等臂干涉仪第一输出口连接第三偏振分束器二端口，所述第二不等臂干涉仪第二输出口连接第四偏振分束器二端口，所述第三偏振分束器输出端连接第一单光子探测器，所述第四偏振分束器输出端连接第二单光子探测器；
[0010]所述接收者Bob的消偏器Depol输出端通过光纤信道QC连接第一偏振分束器输入端，所述接收者Charlie的消偏器Depol输出端通过光纤信道QC连接第二偏振分束器输入端。
[0011]优选地，所述不等臂MZ干涉仪包括两个保偏分束器BS以及一个相位调制器PM，所述两个保偏分束器BS为第一保偏分束器BS以第二保偏分束器BS，所述第一保偏分束器BS的两个输出端通过长臂以及短臂分别连接第二保偏分束器BS的两个输入端，所述长臂上连接相位调制器PM。
[0012]优选地，所述光纤信道QC为保偏光纤。
[0013]与现有技术相比，本技术有以下有益效果：
[0014]1.本技术光学方案适用于三方签名系统，三方所需的干涉仪结构简单且完全相同，便于大批量制作，可用集成光学芯片代替；
[0015]2.由于消偏器和偏振分束器的结合使用，可以抵御信道偏振变化，使得系统稳定性大大提高；
[0016]3.整个系统只需要两个单光子探测器，降低了系统的成本和复杂度。
附图说明
[0017]图1为本技术抗偏振扰动的量子数字签名系统的原理框图。
[0018]图中：发送者Alice100，第一偏振分束器110，第二偏振分束器120，第三偏振分束器130，第四偏振分束器140，第一单光子探测器150，第二单光子探测器160，接收者Bob200，激光器Laser210，光强调制器IM220，不等臂MZ 干涉仪230，第一不等臂干涉仪231，第二不等臂干涉仪232，相位调制器PM233，第一保偏分束器BS234，第二保偏分束器BS235，可调衰减器VOA240，消偏器 Depol250，接收者Charlie300。
具体实施方式
[0019]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术进行清楚、完整地描述。
[0020]如图1所示，一种抗偏振扰动的量子数字签名系统，包括一个消息的发送者Alice100和两个消息接收者Bob200和接收者Charlie300，所述发送者Alice100 将一个消息结合数字签名发送给接收者Bob200和接收者Charlie300，所述接收者Bob200作为消息的认证者，把发送者Alice100发送的信息转发给接收者Charlie300，
[0021]所述接收者Bob200包括一个激光器Laser210、一个光强调制器IM220、一个不等臂MZ干涉仪230、一个可调衰减器VOA240以及一个消偏器Depol250，所述激光器Laser210依次连接光强调制器IM220、不等臂MZ干涉仪230、可调衰减器VOA240以及消偏器Depol250；
[0022]所述接收者Charlie300的构成与接收者Bob200完全相同；
[0023]所述发送者Alice100包括四个偏振分束器PBS和两个与接收者Bob200相同的不等臂MZ干涉仪230以及两个单光子探测器，四个偏振分束器为第一偏振分束器110、第二偏振分束器120、第三偏振分束器130、第四偏振分束器140、所述两个不等臂MZ干涉仪230为第一不等臂干涉仪231、第二不等臂干涉仪 232，所述两个单光子探测器为第一单光子探测器150与第二单光子探测器160，所述第一偏振分束器110三端口连接第一不等臂干涉仪231第一输入口，所述第一偏振分束本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗偏振扰动的量子数字签名系统，其特征在于，包括一个消息的发送者Alice和两个消息接收者Bob和接收者Charlie，所述发送者Alice将一个消息结合数字签名发送给接收者Bob和接收者Charlie，所述接收者Bob作为消息的认证者，把发送者Alice发送的信息转发给接收者Charlie，所述接收者Bob包括一个激光器Laser、一个光强调制器IM、一个不等臂MZ干涉仪、一个可调衰减器VOA以及一个消偏器Depol，所述激光器Laser依次连接光强调制器IM、不等臂MZ干涉仪、可调衰减器VOA以及消偏器Depol；所述接收者Charlie的构成与接收者Bob完全相同；所述发送者Alice包括四个偏振分束器PBS和两个与接收者Bob相同的不等臂MZ干涉仪以及两个单光子探测器，四个偏振分束器为第一偏振分束器、第二偏振分束器、第三偏振分束器、第四偏振分束器、所述两个不等臂MZ干涉仪为第一不等臂干涉仪、第二不等臂干涉仪，所述两个单光子探测器为第一单光子探测器与第二单光子探测器，所述第一偏振分束器三端口连接第一不等臂干涉仪第一输入口，所述第一偏振分束器四端口连接第二不等臂干涉仪第一输入口，所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东，沈名轩，
申请(专利权)人：神盾迅波北京量子科技发展有限公司，
类型：新型
国别省市：