基于光子数分离的量子通信攻防演示系统技术方案

本发明专利技术提出了一种基于光子数分离的量子通信攻防演示系统，其中通过设置发射端、接收端、攻击端及控制端，可以直观地演示量子通信中诱骗态方案的防护效果，同时允许参与者自行配置模块参数和连接方式，深度参与攻防演示过程，以及允许对诱骗态方案进行深入的实验研究。究。究。

【技术实现步骤摘要】
基于光子数分离的量子通信攻防演示系统


[0001]本专利技术涉及量子保密通信
，特别涉及基于光子数分离的量子通信攻防演示系统。

技术介绍

[0002]为了直观地演示量子通信技术的安全性，现有技术中已经提出了一些用于量子通信的窃听演示装置。
[0003]例如，在CN 201410067454.0号中国专利申请中公开了一种基于量子密钥通信的窃听演示装置，其中借助光开关实现正常通信模式和窃听模式之间的切换，并在窃听模式下通过指示灯予以提示。
[0004]然而，在现有技术中针对量子密钥分发(QKD)系统安全性的演示方案中，只能开展攻击演示，不能针对相应的防护效果进行演示；并且，现有系统大多是简单的对QKD系统进行窃听演示，其目的是演示量子密钥分发能够发现窃听者的基本原理，并不能将针对QKD系统设计的攻击方案(攻击而不被发现)进行演示；此外，现有系统并不能模拟光子数分离(PNS)攻击的真实环境，并对其攻击以及防护手段(诱骗态方案)的相应效果进行直观展示。

技术实现思路

[0005]针对这一问题，本专利技术提出了一种基于光子数分离的量子通信攻防演示系统，其中通过设置发射端、接收端、攻击端及控制端，可以直观地演示量子通信中诱骗态方案的防护效果，同时允许参与者自行配置模块参数和连接方式，深度参与攻防演示过程，以及允许对诱骗态方案进行深入的实验研究。
[0006]具体而言，该基于光子数分离的量子通信攻防演示系统可以包括发射端、接收端、攻击端及控制端，其中，所述发射端被设置用于生成并输出信号光和同步光，所述信号光包括诱骗态脉冲及信号态脉冲；所述接收端被设置用于接收所述信号光和所述同步光，并对所述信号光进行解码；所述攻击端被设置用于截取由所述发射端输出的所述信号光和所述同步光；所述控制端被设置用于对所述发射端、接收端和攻击端进行参数配置及数据处理，生成所述发射端、接收端和/或攻击端的量子密钥，演示有攻击无诱骗态模式和有攻击有诱骗态模式。
[0007]进一步地，所述发射端可以包括：用于提供光信号的光源模块；用于产生随机数的随机数发生器；用于基于所述随机数将所述光信号制备成诱骗态的诱骗态制备模块；以及，用于基于所述随机数对所述光信号进行编码的编码模块。
[0008]进一步地，所述攻击端可以包括同步光分束单元、同步光探测单元、信号光分束单元、信号光探测单元、光开关单元、以及控制单元；
[0009]所述同步光分束单元被设置用于将所述同步光分成第一同步光分量和第二同步光分量；
[0010]所述同步光探测单元被设置用于对所述第一同步光分量进行测量以生成同步光
测量信号；
[0011]所述信号光分束单元被设置用于将所述信号光分成第一信号光分量和第二信号光分量；
[0012]所述信号光探测单元被设置用于在固定基矢下对所述第一信号光分量进行解码，产生两个解码信号，并分别对所述固定基矢下的所述两个解码信号进行单光子探测，以产生第一和第二探测计数信号；
[0013]所述光开关单元被设置用于根据光开关控制信号允许或阻止所述第二信号光分量从所述攻击端离开；
[0014]所述控制单元被设置用于根据所述同步光测量信号形成时间同步信号，以及根据所述第一和第二探测计数信号获取密钥信息和产生所述光开关控制信号。
[0015]优选地，所述同步光分束单元包括分束器；以及/或者，所述信号光分束单元包括分束器；以及/或者，所述同步光探测单元包括光电探测器。
[0016]更进一步地，所述信号光探测单元包括偏振补偿元件、偏振分束元件、以及第一和第二单光子探测器；
[0017]所述偏振补偿元件被设置用于对所述第一信号光分量的偏振态进行补偿；
[0018]所述偏振分束元件被设置用于对经偏振态补偿的所述第一信号光分量进行偏振解码，以产生两个偏振态彼此垂直的解码信号；
[0019]所述第一单光子探测器被设置用于对所述两个解码信号中的一个进行单光子探测，以产生所述第一探测计数信号；
[0020]所述第二单光子探测器被设置用于对所述两个解码信号中的另一个进行单光子探测，以产生所述第二探测计数信号。
[0021]优选地，所述偏振补偿元件包括电动偏振控制器；以及/或者，所述偏振分束元件包括偏振分束器。
[0022]进一步地，所述控制单元被设置成，当所述信号光探测单元仅输出所述第一和第二探测计数信号中的一个时，产生使所述光开关单元允许所述第二信号光分量通过的光开关控制信号。
[0023]更进一步地，所述控制单元包括FPGA和时间数字转换器；所述FPGA被设置成：基于所述同步光测量信号形成所述时间同步信号；将所述第一和第二探测计数信号形成为两份信号，并基于所述两份信号中的一份产生所述光开关控制信号；所述时间数字转换器被设置用于测量所述两份信号中的另一份，以获取所述密钥信息。
[0024]进一步地，所述攻击端还包括用于使由同一光纤传输的所述信号光和同步光分离的第一波分复用器，以及用于使第二信号光分量和第二同步光分量合束的第二波分复用器。
[0025]更进一步地，所述攻击端还包括光纤延时单元，其被设置用于使所述第二信号光分量和所述第二同步光分量同时输入所述第二波分复用器。
[0026]进一步地，所述光开关单元包括光开关驱动器和光开关，所述光开关驱动器被设置成基于所述光开关控制信号驱动所述光开关。
[0027]可选地，所述光开关为声光调制器、机械式光开关、基于电光晶体的光开关、强度调制器、幅度调制器、基于相位调制器的MZ干涉仪、基于相位调制器的FM干涉仪、基于相位
调制器的Sagnac干涉仪中的任意一种。
[0028]进一步地，所述控制端可以被设置成：在所述有攻击无诱骗态模式下，在所述数据处理中不区分所述信号光中的诱骗态脉冲和信号态脉冲；以及，在所述有攻击有诱骗态模式下，在所述数据处理中区分所述信号光中的诱骗态脉冲和信号态脉冲。
[0029]更进一步地，所述控制端被设置成在所述有攻击无诱骗态模式下：根据所述发射端中的随机数反推出所述信号光发送的基矢和比特；比对所述发射端、接收端和攻击端中的数据，并记录同一位置上在所述接收端和攻击端中均存在测量结果的所述数据并进行分类；如果所述发射端、接收端和攻击端使用的测量基矢一致，则记录所述发射端、接收端和攻击端基于所述测量结果获得的第一量子密钥，并进行存储；如果所述发射端和接收端使用的测量基矢一致，但所述攻击端使用的测量基矢不一致，则记录所述发射端、接收端和攻击端基于所述测量结果获得的第二量子密钥，并进行存储；以及，显示所述发射端、接收端和攻击端中存储的量子密钥量或量子密钥的变化量。
[0030]更进一步地，所述控制端被设置成在所述有攻击有诱骗态模式下：根据所述发射端中的随机数反推出所述信号光发送的基矢和比特；比对所述接收端和发射端的数据，统计所述信号态和诱骗态的计数率和误码率，并计算成码率；在检测到被攻击时，在所述发射端和接收端停止成码和/或停止传输数据，显示所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光子数分离的量子通信攻防演示系统，其包括发射端、接收端、攻击端及控制端，其中：所述发射端被设置用于生成并输出信号光和同步光，所述信号光包括诱骗态脉冲及信号态脉冲；所述接收端被设置用于接收所述信号光和所述同步光，并对所述信号光进行解码；所述攻击端被设置用于截取由所述发射端输出的所述信号光和所述同步光；所述控制端被设置用于对所述发射端、接收端和攻击端进行参数配置及数据处理，生成所述发射端、接收端和/或攻击端的量子密钥，演示有攻击无诱骗态模式和有攻击有诱骗态模式。2.如权利要求1所述的演示系统，其中，所述发射端包括：用于提供光信号的光源模块；用于产生随机数的随机数发生器；用于基于所述随机数将所述光信号制备成诱骗态的诱骗态制备模块；以及，用于基于所述随机数对所述光信号进行编码的编码模块。3.如权利要求1所述的演示系统，其中，所述攻击端包括同步光分束单元、同步光探测单元、信号光分束单元、信号光探测单元、光开关单元、以及控制单元；所述同步光分束单元被设置用于将所述同步光分成第一同步光分量和第二同步光分量；所述同步光探测单元被设置用于对所述第一同步光分量进行测量以生成同步光测量信号；所述信号光分束单元被设置用于将所述信号光分成第一信号光分量和第二信号光分量；所述信号光探测单元被设置用于在固定基矢下对所述第一信号光分量进行解码，产生两个解码信号，并分别对所述固定基矢下的所述两个解码信号进行单光子探测，以产生第一和第二探测计数信号；所述光开关单元被设置用于根据光开关控制信号允许或阻止所述第二信号光分量从所述攻击端离开；所述控制单元被设置用于根据所述同步光测量信号形成时间同步信号，以及根据所述第一和第二探测计数信号获取密钥信息和产生所述光开关控制信号。4.如权利要求3所述的演示系统，其中，所述同步光分束单元包括分束器；以及/或者，所述信号光分束单元包括分束器；以及/或者，所述同步光探测单元包括光电探测器。5.如权利要求3所述的演示系统，其中，所述信号光探测单元包括偏振补偿元件、偏振分束元件、以及第一和第二单光子探测器；所述偏振补偿元件被设置用于对所述第一信号光分量的偏振态进行补偿；所述偏振分束元件被设置用于对经偏振态补偿的所述第一信号光分量进行偏振解码，以产生两个偏振态彼此垂直的解码信号；所述第一单光子探测器被设置用于对所述两个解码信号中的一个进行单光子探测，以
产生所述第一探测计数信号；所述第二单光子探测器被设置用于对所述两个解码信号中的另一个进行单光子探测，以产生所述第二探测计数信号。6.如权利要求5所述的演示系统，其中，所述偏振补偿元件包括电动偏振控制器；以及/或者，所述偏振分束元件包括偏振分束器。7.如权利要求3所述的演示系统，其中，所述控制单元被设置成，当所述信号光探测单元仅输出所述第一和第二探测计数信号中的一个时，产生使所述光开关单元允许所述第二信号光分量通过的光开关控制信号。8.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐世彪，高松，李东东，马龑，
申请(专利权)人：科大国盾量子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：