[发明专利]一种多方测量设备无关量子密钥分发网络系统及方法

说明书

一种多方测量设备无关量子密钥分发网络系统，包括同步单元发射至少三路脉冲，并测定脉冲之间的延时，将数据传送至量子中继单元；量子中继单元接收同步单元进入的数据并进行延时调整，确保发出至少三路脉冲至量子终端单元反馈后同步传送至量子中继单元，量子中继单元对经过量子终端单元调制的脉冲进行分析，得出结果；量子终端单元对比结果和本地信息，得到筛选码并进行误码率检测，如果安全则通信成功，如果不安全则放弃通信重新开始，以解决实际应用中光子到达时间同步和在网络中密钥分发的问题。

技术领域

本发明涉及量子信息以及光通信技术领域，特别涉及一种多方测量设备无关量子密钥分发网络系统及方法。

背景技术

量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)是量子力学与信息科学相结合的产物,允许在窃听者Eve存在的情况下为合法用户Alice和Bob提供绝对安全的对称密码,因此引起了广泛的关注。通信双方Alice和Bob利用上述密钥对所需交换的信息加密就实现了安全通信。

然而，因为实际器件和环境与理想存在差异，所以量子密钥分发在实际应用中的安全性受到了巨大的挑战。例如以常用的弱相干态准单光子源为攻击对象的PNS攻击(光子数分束攻击)，以单光子探测器为攻击对象的探测器致盲攻击、时移攻击等，严重影响了QKD的安全性。人们在理论和实验上都做出努力，试图弥补这些缺陷。2005年，诱骗态方案的提出有效解决了弱相干态准单光子源中多光子成分带来的缺陷。2012年，测量设备无关协议的提出则一次性关闭了探测器的缺陷。

原始测量设备无关协议中，Alice和Bob分别制备量子态并发送给Charlie。Charlie对收到的光子进行Bell态测量。如果测得的结果为Bell态Ψ^±，则认为测量成功，Charlie宣布测量结果。Alice和Bob通过该结果得到原始密钥，经过保密增强和纠错最终得到安全量子密钥。测量设备无关协议的本质是通过Bell态测量，Alice和Bob共享了完美的纠缠态，这就保证了两者之间的关联性与第三者Charlie无关，因此Charlie可以是任何人甚至Eve，测量设备无关协议对于探测端的攻击天然免疫。

另一方面，人们也在努力将点到点的QKD系统扩展为点到多点，甚至多点到多点的QKD网络。目前量子网络主要基于两种方案：可信中继和不可信中继。可信中继方案中，QKD网络基于点到点的QKD链路，要求通信源宿节点之间的所有QKD链路的源宿节点都能够保证安全性性不被窃听。然后通过各中继节点之间的密钥共享来实现网络通信。不可信中继方案中，QKD网络在物理链路层实现网络化，即各QKD节点之间可以相互分发量子密钥。目前的技术条件下，可信中继方案较为成熟，但是其安全性受到质疑。成熟可靠的不可信中继方案是未来发展的方向。

目前测量设备无关协议中Alice和Bob发出的量子态在第三方Charlie测量成功，要求到达光子的时间、频谱、偏振等模式必须完全匹配。首先，Alice和Bob与Charlie之间的距离不是完全一致的，需要准确地延时使得光子到达时间完全对准。其次，Alice和Bob使用不同的激光器，频谱不是完全相同。第三，因为光纤的双折射效应，很难保证光子偏振态的稳定传输。虽然可以使用相位编码，但是相位漂移、时间抖动限制了QKD系统性能的提高，密钥速率较低。

另外，目前大多数的研究都集中于两方之间的量子密钥分发。最近提出了三方之间的量子密钥分发，即参与通信的三方同时共享一致的密钥。这种多个参与方分发密码的方案也被称为量子密码会议(QCC，Quantum Cryptograph Conference)。其原理主要是利用多粒子纠缠态特性使得多个参与方之间的粒子呈现一定的关系(如相关或反相关)来进行密钥分发。

同时，现有技术中，如专利201510008068.9试图解决相位调制偏振编码的测量设备无关协议稳定性问题，但是却人为地将通信距离缩短了一半。

而在现有技术中，专利CN201710606950试图解决环境对测量无关设备协议的影响，却未考虑不对称因素。并且，现有技术中均未考虑如何将测量设备无关协议应用到实际的网络中。