[发明专利]面向安全性分析的量子密钥分发系统物理建模方法

权利要求书

1.一种面向安全性分析的量子密钥分发系统物理建模方法，其特征在于，步骤为：

第一步，构建面向安全性分析的量子密钥分发系统，构建面向安全性分析的量子密钥分发系统由发送方Alice端和接收方Bob端组成，Alice端和Bob端之间通过网络进行数据传输，Alice端和Bob端分别设置有集成物理器件仿真模块、数据生成模块、数据传输模块；其中Alice端的集成物理器件仿真模块由单光子源仿真子模块和量子态制备仿真子模块组成，Bob端的集成物理器件仿真模块由单光子探测器仿真子模块和量子信道仿真子模块组成；其中数据生成模块由随机数生成子模块和字节码生成子模块组成；

第二步，Alice端输入量子密钥分发系统参数，参数包括信道损耗、Bob端损耗、探测器效率、信号态平均光子数、暗计数率、探测器时间窗口、系统误码率和探测器产生错误测量的概率；

第三步，Alice端根据实际量子密钥分发系统配置参数生成单光子源的模拟数据，通过网络发送给Bob端；

第四步，Bob端对不同的物理器件建立数学模型，根据配置的参数，计算出单光子源、量子信道以及单光子探测器的损耗和工作效率，生成筛选码的量子比特误码率，Bob端生成筛选码的量子比特误码率的具体步骤为：

4.1 Bob端计算量子密钥分发系统总效率η＝η_AB·η_Bob·η_D；其中信道传输效率η_AB＝10^-Loss/10，Loss为信道损耗；其中Bob端内部传输效率Loss_system为Bob端损耗；其中η_D为Bob端探测器效率；

4.2 Bob端计算单光子探测器响应的概率p_signal＝1-e^-μη，其中μ为信号态平均光子数；

4.3 Bob端计算暗计数的概率p_dark＝2·DCR·t_w，其中DCR表示暗计数率，t_w表示探测器时间窗口；

4.4 Bob端生成筛选码的量子比特误码率其中e_s是系统误码率，e_d是探测器产生错误测量的概率；

第五步，Bob端接收来自Alice端的字节码；

第六步，Bob端根据物理器件的工作效率，结合来自Alice的数据，计算出单光子探测器得到不同测量结果的概率；

第七步，Bob端根据概率分布随机分配测量结果，得到仿真数据，随机分配测量结果的具体步骤为：

7.1 对于非信号态光子，Bob端不做处理；

7.2 对于每个信号态光子，Bob端生成一个[0,1]之间的随机数，若该随机数在0到QBER之间，则表示Bob端对该光子的测量得到的结果与Alice端不同，若该光子携带的密钥信息为1，则测量结果为0，若该光子携带的密钥信息为0，则测量结果为1；若该随机数在QBER到1-QBER之间，则表示Bob端对该光子的测量得到的结果与Alice端相同，若该光子携带的密钥信息为1，则测量结果为1，若该光子携带的密钥信息为0，则测量结果为0。

2.根据权利要求1所述的面向安全性分析的量子密钥分发系统物理建模方法，其特征在于：Alice端模拟单光子制备的过程，根据配置的平均光子数和光子态比例，生成单光子模拟数据。

3.根据权利要求1所述的面向安全性分析的量子密钥分发系统物理建模方法，其特征在于：Alice端和Bob端生成的数据都是8位的二进制串，在Alice端，每个8位二进制串描述一个单光子的信息，在Bob端，每个8位二进制串描述单光子探测器对于一个单光子的测量结果。