一种多用户自由空间QKD逆向调制密钥分发系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多用户自由空间QKD逆向调制密钥分发系统及方法，该系统包括Alice控制端和多个Bob端，Alice控制端用于产生激光光束；任意一个Bob用户接收到对应的激光光束后采用逆向调制技术对所述激光光束进行调制，将密钥信息加载在激光光束的相位上，再经过衰减后通过自由空间传输给Alice控制端；所述Alice控制端接收从所述Bob用户反馈回来的加载有密钥信息的光束信息并对其进行测量。本发明专利技术设置有相位调制器，提升了系统的容量；采用跟随参考光的方案，有效降低系统复杂度，提高系统的稳定性；采用了逆向调制技术，允许Bob端可以更加轻便、节能，做到了体积小，功耗低，实用性更好。好。好。

【技术实现步骤摘要】
一种多用户自由空间QKD逆向调制密钥分发系统及方法


[0001]本专利技术涉及逆向调制与自由空间量子密钥分发领域，具体涉及逆向调制与量子密钥分发领域。

技术介绍

[0002]量子密钥分发(QKD)可用于生成由量子力学保证的信息理论安全性的加密密钥。当前基于光纤的QKD链路的最大范围是几百公里量级，受损耗限制。这些距离的密钥速率非常低，基于光纤的QKD不能用于移动链路。理论上，自由空间QKD链接可以克服这些限制。使用弱相干态的室外自由空间QKD链路已在距离增加的固定节点之间得到证明。实验和示范应用也验证了连续变量QKD和纠缠态实现定点自由空间QKD链接。
[0003]空间激光通信是一项使用光载波进行数据传输的通信技术，它使用的信道为无线自由空间信道。与射频通信相比，激光通信具有通信容量大、保密性高、抗干扰性强、频谱无需授权使用等优势，例如：1.通信容量大，光通信的使用频段为190THz～560THz，它的载波频率远高于射频载波(3kHz～275GHz)，因而与射频通信相比，空间激光通信能够实现极高的通信带宽，这可以保证海量数据传输的实现，此优势对实际应用具有重大意义；2.保密性好，激光通信的发射光束发散角非常小，通常可达到几十微弧度量级，这使得它的通信指向性非常高，很难被入侵者截获，进而实现极高的保密性；3.它的抗干扰性强，射频通信的工作频率和激光通信的工作频率相差很远，因此激光通信不受射频通信电磁干扰的影响，具有抗干扰的优势。4.频谱无需授权。
[0004]由于空间光通信具有以上优势，近年来空间光通信成为研究热点，美国、欧盟和我国纷纷展开对空间光通信的研究。在针对空间光通信的研究中，实现高传输速率、轻小型和低功耗的通信终端是研究学者一直追求的目标，随着空间激光通信的发展，对能满足上述条件的空间光通信系统的需求越来越迫切。例如，在特定应用中，有一些通信终端需要被应用于条件非常恶劣且无法提供电源的环境中；微纳卫星或无人飞机通信中，也要求搭载体积小、功耗低的通信终端。
[0005]传统空间光通信系统无法满足此要求，因此，需要对现有的计算进行改进，提供一种逆向调制能实现上述功能的系统。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，提出了一种容量大，体积小，功耗低的多用户轨道角动量复用自由空间QKD逆向调制系统。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种多用户自由空间QKD逆向调制密钥系统，包括Alice控制端和多个Bob端，所述Alice控制端通过时隙分配表与多个Bob用户连接；
[0008]所述Alice控制端用于产生激光光束；
[0009]所述时隙分配表通过将激光光束通过不同的时隙匹配对应的Bob用户；
[0010]任意一个Bob用户接收到对应的激光光束后采用逆向调制技术对所述激光光束进行调制，将密钥信息加载在激光光束的相位上，再经过衰减后通过自由空间传输给Alice控制端；
[0011]所述Alice控制端接收从所述Bob用户反馈回来的加载有密钥信息的光束信息并对其进行测量，再通过经典信道公布选择得测量基。
[0012]优选地，包括Alice控制端和多个Bob端，所述Alice控制端通过轨道角动量复用单元与多个Bob用户连接；
[0013]Alice控制端发出的包含不同OAM模式数的激光光束，并分配Bob用户与OAM模式数的关系；
[0014]所述轨道角动量复用单元将激光光束通过OAM模式数匹配对应的Bob用户；
[0015]任意一个Bob用户接收到对应的激光光束后，通过分束器将激光光束分为第一光束和第二光束两路光束；
[0016]其中第一光束通过相位调制器加载由随机数发生器产生的信息后对加载信息的光束进行衰减后发射到出射透镜组；
[0017]另第二路光束直接到达出射透镜组；
[0018]两路光束通过出射透镜组发送给Alice控制端；
[0019]两路光束在Alice控制端分束器处发生干涉，干涉时刻通过两个探测器的探测结果得到秘钥信息，再通过经典信道公布选择得测量基。
[0020]优选地，所述Bob用户包括入射透镜组、相位调制器、衰减器、随机数发生器和出射透镜组；
[0021]所述随机数发生器通过产生信号电脉冲控制所述相位调制器的调制状态；
[0022]所述入射透镜组接收激光光束后，传输到所述相位调制器中，所述相位调制器根据所述信号电脉冲对接收到的光束进行相位逆向调制，将密钥信息加载在激光光束的相位上得到调制后的激光光束并进入到衰减器将进行光强衰减后通过出射透镜组出射回Alice控制端。
[0023]优选地所述Alice控制端在本地生成时隙分配表，
[0024]所述时隙分配表被配置为：根据Bob用户的数量n，将激光光束每一帧分为n+1个时隙，其中前n个时隙与n个Bob用户一一对应，最后一个时隙用于网络动态更新。
[0025]优选地，所述Bob用户包括入射透镜组、相位调制器、衰减器、随机数发生器和出射透镜组；
[0026]所述随机数发生器通过产生信号电脉冲控制所述相位调制器的调制状态；
[0027]所述入射透镜组接收激光光束后，传输到所述相位调制器中，所述相位调制器根据所述信号电脉冲对接收到的光束进行相位逆向调制，将密钥信息加载在激光光束的相位上得到调制后的激光光束并进入到衰减器将进行光强衰减后通过出射透镜组出射回Alice控制端。
[0028]优选地，所述Alice控制端包括激光发生器、光学天线和测量装置；
[0029]所述激光发生器用于生产激光光束；
[0030]所述光学天线用于将激光光束通过自由空间发送给多个Bob用户；
[0031]所述测量装置用于接收接收从所述Bob用户反馈回来的加载有秘钥信息的光子信
息并对其进行测量。
[0032]优选地，所述测量装置包括相位调制器、第二分束器、第一探测器和第二探测器；
[0033]所述相位调制器的输出端与所述第二分束器连接，所述第二分束器连接所述第一探测器和第二探测器。
[0034]优选地，所述测量装置还包括光学开关，所述光学开关接收所述所述出射透镜组出射的光束，所述光学开关分别与第二分束器以及相位调制器连接。
[0035]本专利技术的另一目的在于提出一种基于上述多用户时分自由空间QKD逆向调制系统的密钥分发方法。
[0036]一种多用户自由空间QKD逆向调制密钥分发方法，包括以下步骤：
[0037]S1、系统初始化：测试各项设备能否正常工作，测试信噪比是否达到正常水平；
[0038]若正常，则进入S2；
[0039]若不正常，则重新调试设备；
[0040]若N次连续不正常，则返回通信失败；
[0041]S2、时隙资源分配：Alice控制端Bob的数量进行时隙划分并且在本地生成时隙分配表，所述时隙分配表将划分的时隙与多个Bob用户，前n个时隙与Bob一一对应，最后一个时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多用户自由空间QKD逆向调制密钥分发系统，其特征在于，包括Alice控制端和多个Bob端，所述Alice控制端通过时隙分配表与多个Bob用户连接；所述Alice控制端用于产生激光光束；所述时隙分配表通过将激光光束通过不同的时隙匹配对应的Bob用户；任意一个Bob用户接收到对应的激光光束后采用逆向调制技术对所述激光光束进行调制，将密钥信息加载在激光光束的相位上，再经过衰减后通过自由空间传输给Alice控制端；所述Alice控制端接收从所述Bob用户反馈回来的加载有密钥信息的光束信息并对其进行测量，再通过经典信道公布选择得测量基。2.一种多用户自由空间QKD逆向调制密钥分发系统，其特征在于，包括Alice控制端和多个Bob端，所述Alice控制端通过轨道角动量复用单元与多个Bob用户连接；Alice控制端发出的包含不同OAM模式数的激光光束，并分配Bob用户与OAM模式数的关系；所述轨道角动量复用单元将激光光束通过OAM模式数匹配对应的Bob用户；任意一个Bob用户接收到对应的激光光束后，通过分束器将激光光束分为第一光束和第二光束两路光束；其中第一光束通过相位调制器加载由随机数发生器产生的信息后对加载信息的光束进行衰减后发射到出射透镜组；另第二路光束直接到达出射透镜组；两路光束通过出射透镜组发送给Alice控制端；两路光束在Alice控制端分束器处发生干涉，干涉时刻通过两个探测器的探测结果得到秘钥信息，再通过经典信道公布选择得测量基。3.如权利要求1所述的一种多用户自由空间QKD逆向调制密钥分发系统，其特征在于，所述Bob用户包括入射透镜组、相位调制器、衰减器、随机数发生器和出射透镜组；所述随机数发生器通过产生信号电脉冲控制所述相位调制器的调制状态；所述入射透镜组接收激光光束后，传输到所述相位调制器中，所述相位调制器根据所述信号电脉冲对接收到的光束进行相位逆向调制，将密钥信息加载在激光光束的相位上得到调制后的激光光束并进入到衰减器将进行光强衰减后通过出射透镜组出射回Alice控制端。4.如权利要求1所述的一种多用户自由空间QKD逆向调制密钥分发系统，其特征在于，所述Alice控制端在本地生成时隙分配表，所述时隙分配表被配置为：根据Bob用户的数量n，将激光光束每一帧分为n+1个时隙，其中前n个时隙与n个Bob用户一一对应，最后一个时隙用于网络动态更新。5.如权利要求2所述的一种多用户自由空间QKD逆向调制密钥分发系统，其特征在于，所述Bob用户包括入射透镜组、相位调制器、衰减器、随机数发生器和出射透镜组；所述随机数发生器通过产生信号电脉冲控制所述相位调制器的调制状态；所述入射透镜组接收激光光束后，传输到所述相位调制器中，所述相位调制器根据所述信号电脉冲对接收到的光束进行相位逆向调制，将密钥信息加载在激光光束的相位上得到调制后的激光光束并进入到衰减器将进行光强衰减后通过出射透镜组出射回Alice控制
端。6.如权利要求1或2所述的一种多用户自由空间QKD逆向调制密钥分发系...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭邦红，康乐，谢欢文，
申请(专利权)人：广东国腾量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：