【技术实现步骤摘要】
本技术涉及量子，更具体地涉及一种用于qkd系统的门控探测器死时间防御电路及相应实现的量子密钥分发系统。
技术介绍
1、量子密钥分发(qkd)系统由多个组件构成，单光子探测器是其中一个非常重要的组件，其制造原理使得其存在一些被攻击的隐患。以图1示出的基于诱骗态bb84协议的偏振编码qkd系统的一种典型接收端解码探测模块结构为例，发送端制备包含四种偏振态h、v、p、n的光脉冲信号经光纤信道传输到达接收端后，通过解码探测模块中的分束器完成随机基矢选择，再经过偏振控制器和偏振分束器到达h、v、p、n四通道单光子探测器。
2、根据bb84协议，当发送端和接收端使用偏振控制器完成两端偏振态探测链路的校准后，到达接收端的偏振态为|h>的光脉冲信号经过分束器和偏振分束器到达h、v、p、n四通道单光子探测器的概率将分别接近50％、0％、25％、25％，其他三种偏振态同理。
3、用于实现单光子探测的探测器类型很多，实用化qkd系统多采用单光子雪崩光电二极管(apd)实现单光子探测。为成功探测接收到的极微弱单光子信号，apd必须工作在盖革模式下以获得足够高的增益。在盖革模式下，当探测到一个光子入射后，apd内会产生雪崩电流并自发持续下去，长时间处于雪崩状态将影响apd使用寿命和稳定性，因此在触发一次雪崩后，需要通过主动或被动方式将apd的反向偏压降低到雪崩电压之下，以退出盖革模式淬灭雪崩电流。此外，apd雪崩过程中产生的载流子由于倍增层中的缺陷和杂质而导致在被捕获后延迟释放造成少量额外雪崩信号(即后脉冲效应)，会导致错误
4、死时间攻击就是利用以上单光子探测器的死时间效应，攻击者在真实光脉冲信号之前向光纤信道注入一个固定偏振的强脉冲光(例如，|h>态偏振光)，引发h、v、p、n四个探测器中除了目标探测器(例如，v通道探测器)以外的其他三通道都以很高的概率触发探测并处于死时间而被致盲，仅剩余目标探测器处于正常响应模式。攻击者可据此控制接收端探测器的响应，如果此时接收端有探测事件产生，则攻击者能以很高的准确性判断接收端的探测结果，由于每个探测器映射的密钥数据是固定的，因此攻击者便能成功窃取密钥数据。
5、qkd系统中防死时间攻击要求所有通道探测器“同时进入死时间、同时退出死时间”，以关闭死时间攻击漏洞。如图2所示，针对死时间攻击，在一种现有防御方案中，采用软件死时间同步方案，其在接收端首先设置一个软件死时间时长，通过探测事件所处的周期，若处于所定义的软件死时间区域内则称为无效探测时间，若处于所定义的软件死时间区域外则称为有效探测时间，从时间上区分有效探测时间、无效探测时间。在有效探测时间中的探测事件保留，并且根据无效探测时间中的探测事件决定是否延长探测器的死时间，是一种基于探测事件判决的软件化的动态死时间方案。
6、这种基于软件的攻击防御方案未考虑不同类型探测器死时间控制的机制，在死时间判断周期内，没有将探测器工作模式切换为线性模式，探测器依然可以进行单光子探测。在实际死时间周期内，多通道探测器均可以持续响应单光子探测，在多路死时间同步过程中，会使得探测器的死时间持续时间不固定，会不断动态延长，使得探测器的有效计数降低，从而降低qkd系统的成码率。
技术实现思路
1、针对现有技术的上述缺陷，本技术的门控探测器死时间防御电路可以响应于多通道门控探测器中任意探测通道所产生的探测脉冲信号，由fpga单元同时控制多通道探测器的双路延时单元不使能，使得不再产生门控信号，由此使多通道探测器的所有探测通道同时进入死时间状态；而当死时间结束时，由fpga单元同时控制多通道探测器的双路延时单元使能，使得再次产生门控信号，由此使多通道探测器的所有探测通道同时退出死时间状态，从而提供对死时间攻击行为的防御能力。借助本技术的电路，可以同时关断多通道探测器至线性模式，并同时从线性模式中恢复至盖革模式，并固定死时间长度，死时间长度不随着qkd系统通信距离、探测器计数大小等发生变化，能够提升探测器的有效计数率，提升qkd系统性能。
2、具体而言，本技术的第一方面涉及一种用于qkd系统的门控探测器死时间防御电路，其包括时钟信号生成模块、fpga单元和多通道门控探测器；
3、所述多通道门控探测器被设置用于响应于输入的光信号，输出探测脉冲信号；
4、其特征在于：
5、所述时钟信号生成模块被设置用于为fpga单元和多通道门控探测器提供同源的时钟信号；
6、所述fpga单元被设置用于在监测到多通道门控探测器输出的探测脉冲信号时，向多通道门控探测器提供死时间控制信号；
7、所述多通道门控探测器被设置成在接收到死时间控制信号时，进入死时间状态。
8、进一步地，所述多通道门控探测器包括n路单光子雪崩光电二极管、n路双路延时单元、n路与门逻辑单元和n路雪崩信号提取单元，n为大于1的正整数；
9、所述双路延时单元被设置用于基于输入的时钟信号，向与门逻辑单元输出两路信号；
10、所述与门逻辑单元被设置用于基于两路信号的与运算，向单光子雪崩光电二极管发送门控信号；
11、所述雪崩信号提取单元被设置用于根据单光子雪崩光电二极管输出的雪崩信号，生成探测脉冲信号；
12、所述fpga单元被设置用于基于接收到的探测脉冲信号，向双路延时单元提供死时间控制信号。
13、可选地，所述死时间控制信号为低电平信号。
14、更进一步地，所述双路延时单元被设置成在接收到死时间控制信号时不使能。
15、更进一步地，所述时钟信号生成模块包括锁相环，n路单路延时单元和n路双路缓冲分发单元；
16、所述锁相环被设置用于基于输入的时钟信号，通过锁相倍频输出n+1路工作时钟信号，所述工作时钟信号的频率与多通道门控探测器的工作频率相同；
17、所述fpga单元被设置用于接收n+1路工作时钟信号中的一路，用作死时间计时工作时钟；
18、所述单路延时单元被设置用于对n+1路工作时钟信号中的一路进行延时处理；
19、所述双路缓冲分发单元被设置用于基于单路延时单元输出的工作时钟信号，向双路延时单元输出两路同源的时钟信号。
20、更进一步地，所述双路延时单元被设置用于为两路同源的时钟信号提供不同的延时，以向与门逻辑单元输出两路信号。
21、可选地，所述双路延时单元被设置用于为两路同源的时钟信号提供1ns的延时差。
22、可选地，所述门控信号为窄脉冲。
23、本技术的第二方面涉及一种量子密钥分发系统，其特征在于在探测端设置有上述门控探测器死时本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于QKD系统的门控探测器死时间防御电路，其包括时钟信号生成模块、FPGA单元和多通道门控探测器；
2.如权利要求1所述的门控探测器死时间防御电路，其特征在于，所述多通道门控探测器包括N路单光子雪崩光电二极管、N路双路延时单元、N路与门逻辑单元和N路雪崩信号提取单元，N为大于1的正整数；
3.如权利要求2所述的门控探测器死时间防御电路，其特征在于，所述死时间控制信号为低电平信号。
4.如权利要求2所述的门控探测器死时间防御电路，其特征在于，所述双路延时单元被设置成在接收到死时间控制信号时不使能。
5.如权利要求2所述的门控探测器死时间防御电路，其特征在于，所述时钟信号生成模块包括锁相环，N路单路延时单元和N路双路缓冲分发单元；
6.如权利要求5所述的门控探测器死时间防御电路，其特征在于，所述双路延时单元被设置用于为两路同源的时钟信号提供不同的延时，以向与门逻辑单元输出两路信号。
7.如权利要求6所述的门控探测器死时间防御电路，其特征在于，所述双路延时单元被设置用于为两路同源的时钟信号提供1ns的延时差
8.如权利要求2所述的门控探测器死时间防御电路，其特征在于，所述门控信号为窄脉冲。
9.一种量子密钥分发系统，其特征在于，在探测端设置有如权利要求1-8中任一项所述的门控探测器死时间防御电路。
...【技术特征摘要】
1.一种用于qkd系统的门控探测器死时间防御电路，其包括时钟信号生成模块、fpga单元和多通道门控探测器；
2.如权利要求1所述的门控探测器死时间防御电路，其特征在于，所述多通道门控探测器包括n路单光子雪崩光电二极管、n路双路延时单元、n路与门逻辑单元和n路雪崩信号提取单元，n为大于1的正整数；
3.如权利要求2所述的门控探测器死时间防御电路，其特征在于，所述死时间控制信号为低电平信号。
4.如权利要求2所述的门控探测器死时间防御电路，其特征在于，所述双路延时单元被设置成在接收到死时间控制信号时不使能。
5.如权利要求2所述的门控探测器死时间防御电路，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋连军，刘国庆，刘酩，谢志林，
申请(专利权)人：科大国盾量子技术股份有限公司，
类型：新型
国别省市：
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