[发明专利]一种通过随机改变它们的有效性用于检测控制量子密码装置中单光子探测器的攻击的设备及方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及量子密码领域，尤其涉及一种设备和方法，允许所述攻击探测要么控制量子密码设备的单光子探测器，要么读取量子密码设备接收器用到的用来分析量子位的测量基础。这两种攻击都通过量子通道发射强光进入接收器中实现。

背景技术

参照相关的申请

本申请要求2010年10月8日申请的美国临时申请号61/391,127的权益，在这里引入其内容。

量子密码（QC）的理论安全性已经通过一个理想化的实施例在形式上证明了。QC详细的讨论由这里合并的美国临时专利申请的背景技术中提供，并且对理解整个发明有益。QC系统的实用实施例试图尽可能地接近在安全性验证中描述的模型，但是在模型和实施例中总是存在差异。

近来，研究者已试图利用这些差异来打破QC系统的安全性。不同策略已经被提出和测试，并且它们通常针对单光子探测器。第一种攻击利用了两个Bob探测器的暂时的失谐。值得注意的是，QC系统一般具有两个单光子探测器（SPDs）。在BB84协议的情况下，每个检测器被分配一个位值。因此，如果一间谍知道哪一个探测器是发出点，他就知道在发射器和接收器之间交换的位值是什么。Y.Zhao，C.F.Fung, B.Qi, C. Chen 和 H. Lo 已在Physical Review A 78卷（2008）中描述了这种攻击的实施例，其技术说明内容在这里通过引用的方式并入（任何成就的主张在这里不通过引用的方式并入）。两个探测器之间存在的一小的暂时的失谐可能能够在某时被用于发射光，所述某时是指探测器1是活跃的并且探测2不活跃的时候，并且反过来也一样。这意味着如果一间谍使光子在规定的时间到达，他能够欺骗所述探测仅探测探测器1或探测器2是有可能的。

在QC系统的SPDS上实施的最新等级的攻击意图允许一个人完全控制探测器。第一次论证已由V. Makarov在基于SPD的硅雪崩光电二极管（“APD”）上实施。这个第一种方法的说明被描述在New Journal of Physics 第11卷（2009），其技术公开的内容（除去任何成就的主张）在这里通过引用并入。攻击的主体思想是欺骗基于SPD的硅雪崩光电二极管，通过发射强烈的连续波（“CW”）光到它上面。确实，当光的数量对于单光子探测器来说太大的时候，它进入一种饱和状态，其中探测的数量开始减少直到它最终到达零。如果光的强度进一步增加，并且探测的数量保持等于零：探测器能够被欺骗。这种现象的解释依赖于大量的归因于大量强光光子的探测。雪崩的数量是如此重要，以至于APD电势差下降到一个接近于击穿电压的值。借助于大量雪崩意味着大量电流不断地穿过APD的这一事实，这种下降能容易地被理解。考虑到电阻在被动淬熄电路中被串联安装在APD上，通过APD的电流也通过电阻。因为施加在所有串联元件的总的电压是固定的，在电阻上电压的增长-由于这个电流-引起APD上电势差的减少。如果这种下降足够高，APD保持在盖革模式但是雪崩发生，所述雪崩发生是由于光子吸收太小还不能被电路的鉴别器探测。由于强光，SPD可能被欺骗。当强光被关闭时，SPD在仅仅几微秒后变的重新活跃。重新发射强光，使它能够产生一探测，并随后重新欺骗SPD。通过控制强光脉冲的顺序，间谍可能能够欺骗SPD某一段时间并随后在他感兴趣的时间强迫侦查。换句话说，间谍可能能够获得在单光子探测模块上的重要控制。在较新的工作中，V. Makarov已经提出意图控制基于SPDs的硅APD的另一种方法（可在2010年Quantum Communication 研讨会中他的发言找到信息）（http://www.sarafelloni.com/QIW/QCW2010/infodownload/qcw2010-presentations）。其技术公开内容在这里通过引用并入（任何成就的主张在这里不引入）。新的方法仍由用CW光构成欺骗SPD，但是在这种情况下，CW光的强度是大于之前的论证，从而APD不在盖革模式下工作，但是一直停留在线性模式下。然后，当间谍发射一强光学脉冲，在线性模式下它的探测导致一在APD输出下的电脉冲。如果光学脉冲的强度足够大，这种方法强调电脉冲的振幅能够足够高使其被SPD的探测器检测到。通过第一次欺骗探测器，所述间谍随后能够获得一定程度的SPD上的控制，然后发射在线性模式下能被探测的强光学脉冲。用这种方法，偷听者能够强迫QC接收器探测偷听者需要他探测的东西。如果偷听者能够控制单光子探测器的接收器，他能够有足够的信息来猜测最终的密钥。