[发明专利]一种量子通讯保密的方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域中的量子保密通信的专用设备领域，具体地说是一种双向、稳定、安全的量子通讯保密的方法及其系统。

背景技术

量子通信技术是量子信息科学的一个重要分支，它是以量子态作为信息单元，利用量子力学的一些原理来传输和保护信息，通常把通信双方以量子态为信息载体，利用量子力学原理，通过量子信道传输，在保密通信双方之间建立共享密钥的方法，称为量子密钥分配(Quantum Key Distribution-QKD)，其安全性是由量子力学中的“海森堡测不准关系”及“单量子不可复制定理”或纠缠粒子的相干性和非局域性等量子特性来保证的。

QKD是保证通信安全性的重要环节，其能让通信双方共享一个无条件安全密钥，因为量子机制就能保证安全，密钥能在之后用来一次性地加密和解密消息，如何提高QKD系统的安全性以抵御外界的攻击是量子通信技术研究的重要内容。目前，窃听者Eve的攻击可分为：(1)木马攻击，通过保持Bob端到Alice端再到Bob端的信号保持不变，加入一个探测信号，在木马攻击中，窃听者借助量子信道的分接头向Alice端发射一个较弱和短的定时探测脉冲，使它能恰好赶上或接近Bob端向Alice端发送的一个脉冲，以获得Alice端加到脉冲里的相位信息的时刻并发送到Alice端的相位调制器，这样Bob端传给Alice端的信号在Alice端进行调制并传回Bob端就保持未被探测信号影响的状态；(2)“中间人”攻击，即阻挡从Bob端到Alice端再到Bob端的信号并改变，在“中间人”攻击中，Eve在Alice端和Bob端中间放置的装置假装是其中之一，并能在适当的频率和时间上向Alice端发送弱信号来获取相位调制器的设置信息，Eve制出Alice端调制信号的副本传到光纤上，这样Bob端接收到的信号好像是经过认证的。在现有技术中，国外有采用“即插即用”的QKD系统，但此系统由于背向瑞利散射限制了密钥分配速率，往返式的密钥传输方式也无法抵御木马攻击和中间人攻击。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种双向、稳定、安全的量子通讯保密的方法及其系统。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种量子通讯保密系统，包括Alice端和Bob端，所述的Alice端包括：

看门狗探测器，其与光开关相连，用于监控离开或进入Alice端的光信号；

光衰减器，其与光开关相连，用于衰减脉冲；

相位调制器，其与光衰减器相连，用于对脉冲进行相位调制；

反射镜，用于反射通过相位调制器从发射密钥编码站来的辐射脉冲；

控制器，其与相位调制器耦合，用于给相位调制器一个初始的门信号来激活相位调制器调制脉冲；

光子发射器，其与光衰减器和控制器相连，用于发射光脉冲。

所述的Bob端包括：

激光器，用于发射光脉冲；

时分复用/解复用系统，用于接收从激光器发射的脉冲，并把每个脉冲分成两个时分复用脉冲在输出端输出，以及接收从Alice端来的一对时分复用脉冲，并将其合成一个脉冲，在输出端输出；

相位调制器，其与时分复用/解复用系统相连，用于对光脉冲进行相位调制；

单光子探测器，其与时分复用/解复用系统相连，用于监控离开或进入Bob端的光脉冲；

控制器，其与相位调制器耦合，用于给相位调制器一个初始的门信号来激活相位调制器调制脉冲；

光开关，其与相位调制器相连；

反射镜，其与光开关相连，用于反射通过相位调制器从发射密钥编码站来的辐射脉冲。

所述的看门狗探测器为升频单光子探测器。

所述的单光子探测器为Si-APD、Ge-APD或InGaAs-APD。

一种量子通讯保密方法，包括发射自校正方法、接收自校正方法和安全验证方法，其特征在于所述的发射自校正方法包括以下步骤：

①将激光衰减为弱相干光脉冲；

②对脉冲进行相位调制；

③对脉冲进行衰减至单量子态进行发射；

④独立选择平均光子数μ进行校正；

所述的接收自校正方法包括以下步骤：

①接收光脉冲量子码，并将光脉冲分成两个强度大小不同的光脉冲P₁、P₂分别进行反射；

②使两个光脉冲在反射过程中的相位差和光程差满足：

③根据两个光脉冲的相位特性进行干涉，并根据干涉结果决定光子所携带的信号，当两光脉冲有同样相移，则保留，测量结果为“0”，如出现π相位差，测量结果为“1”；