[发明专利]一种量子密钥分发系统量子信道特征实时监控装置及方法

说明书

本发明涉及量子通信技术领域。本发明公开一种量子密钥分发系统量子信道特征实时监控装置，应用于QKD系统中，所述装置包括：监控模块、光控制模块、分束器及反射装置；所述监控模块包含电学模块与光学模块两个部分；所述光学模块由激光器、衰减器及环形器构成；所述电学模块由FPGA芯片、延时器及单光子探测器构成。还公开一种量子密钥分发系统量子信道特征实时监控方法。本发明可以有效地防止窃听发生，提升实际QKD系统安全性。

技术领域

本发明涉及量子通信技术领域，尤其涉及一种量子密钥分发系统量子信道特征实时监控装置及方法。

背景技术

量子密钥分发（quantum key distribution，简称QKD）在理论上可以无条件安全地实现通信双方的密钥分发，具有广阔的应用前景。然而，由于实际器件不可避免的存在不完美性，使得QKD系统无法达到理论上的无条件安全。已有研究表明，窃听者可以利用实际器件的不完美性，在不被合法用户发现的前提下获取部分或全部密钥信息。通常，抵御窃听要从器件、监控、理论三个方面入手，既要提升器件的性能，又要增加必要的监控手段，还要改进协议降低对器件的要求。

目前，很多基于器件不完美性的窃听方案需要借助于量子信道。量子信道是用于传输量子信号的信道。这些窃听方案通过接入量子信道，完成对实际器件的操控，从而在不引入过大错误率的前提下，获取密钥信息。由于窃听方案的多样性与复杂性，以及实际器件性能提升的困难性，使得从器件角度抵御窃听非常困难；不完美器件很难建立有效的数学模型，因此，试图改进协议抵御窃听也非易事。在这种情况下，监控成为了一种可行有效的抵御窃听方案。

实际中，窃听者接入量子信道会改变量子信道的特征，如量子信道长度、透射率以及器件反射特征等等。因此，可以通过一种QKD系统量子信道特征实时监控方法，对量子信道的长度以及器件反射特征等等进行实时监控，保护量子信道不被窃听者恶意接入，保护QKD过程的安全。

大多数针对QKD系统的窃听需要物理介入信道，造成量子信道特征发生变化。因此，需要一种QKD系统量子信道特征实时监控方法，在量子信道特征发生变化之时，及时停止密钥分发过程，有效地防止窃听发生，提升实际QKD系统安全性。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种量子密钥分发系统量子信道特征实时监控装置及方法，可以有效地防止窃听发生，提升实际QKD系统安全性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种量子密钥分发系统量子信道特征实时监控装置，所述装置应用于QKD系统中，所述QKD系统包括发送方QKD设备及接收方QKD设备，所述装置包括：监控模块、光控制模块、分束器及反射装置；

监控模块输出端与光控制模块第一输入端连接；光控制模块第二输入端与发送方QKD设备连接；光控制模块输出端与分束器输入端通过量子信道连接；分束器第一输出端与接收方QKD设备连接，分束器第二输出端与所述反射装置连接；监控模块输出端与光控制模块第一输入端、光控制模块第二输入端与发送方QKD设备、分束器第一输出端与接收方QKD设备、分束器第二输出端与所述反射装置均通过光纤连接；

所述监控模块包含电学模块与光学模块两个部分；其中，

所述电学模块由FPGA芯片、延时器及单光子探测器构成；所述FPGA芯片与所述延时器电相连；延时器输入端与FPGA芯片连接；延时器输出端与单光子探测器触发信号输入端连接；单光子探测器输出端与FPGA芯片连接；

所述光学模块由激光器、衰减器及环形器构成；所述激光器、衰减器以及环形器由光纤依次相连；

FPGA芯片与激光器输入端电相连；单光子探测器光纤输入端与环形器通过光纤连接；

所述光控制模块为光开关、耦合器及波分复用器件中的其中一种。

进一步地，所述分束器还可为光开关。