[发明专利]一种抗偏振扰动的量子数字签名系统

说明书

一种抗偏振扰动的量子数字签名系统，包括一个消息的发送者Alice和两个消息接收者Bob和接收者Charlie，所述发送者Alice将一个消息结合数字签名发送给接收者Bob和接收者Charlie，所述接收者Bob作为消息的认证者，把发送者Alice发送的信息转发给接收者Charlie，所述接收者Charlie的构成与接收者Bob完全相同。与现有技术相比，本发明提出一种可以抗信道偏振扰动的基于相位编码BB84量子密钥分发系统的量子数字签名方案。信道扰动导致的光子偏振态变化不影响系统最终的干涉结果，即可以保证系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及量子数字签名技术领域，特别涉及一种抗偏振扰动的量子数字签名系统。

背景技术

数字签名广泛应用于诸多方面，如电子邮件，金融交易等，被认为是现代密码学最基础和实用的发明之一。数字签名通常被用来保证信息被合法用户在身份得到认证的条件下进行签名，同时确保信息可转移，不可伪造，不可抵赖。然而，目前常用的数字签名协议都是采用公钥体制，其安全性依赖于特定问题的计算复杂度假设。随着量子计算机的出现，经典数字签名的安全性面临着严峻的考验。幸运的是，量子数字签名(quantum digitalsignature,QDS)协议提供了基于量子力学原理的信息论安全性。

量子数字签名协议移除了原始协议对安全量子信道的需求，分为分发和签名两个阶段，其中分发阶段采用了与QKD相同的密钥生成协议(key generation protocol,KGP)来生成初始密钥，但是无需进行纠错和保密放大等后处理过程。在这种QDS协议中，除KGP阶段为量子过程外，其余阶段的通信均为经典过程。量子数字签名协议可以直接利用现有的量子密钥分发系统，并且不需要安全的量子信道。然而在实地应用场景，常用的光纤信道存在双折射等效应，信道偏振扰动对系统的影响不可忽视。专利CN204993393U中提出了一种基于偏振编码的方案，需要采用主动偏振反馈系统，增加了系统的复杂度和不稳定性。

发明内容

针对现有技术存在以上缺陷，为了提高系统的实用性，本发明提出一种可以抗信道偏振扰动的基于相位编码BB84量子密钥分发系统的量子数字签名方案。信道扰动导致的光子偏振态变化不影响系统最终的干涉结果，即可以保证系统的稳定性：

本发明的技术方案是这样实现的：

一种抗偏振扰动的量子数字签名系统，包括一个消息的发送者Alice和两个消息接收者Bob和接收者Charlie，所述发送者Alice将一个消息结合数字签名发送给接收者Bob和接收者Charlie，所述接收者Bob作为消息的认证者，把发送者Alice发送的信息转发给接收者Charlie，

所述接收者Bob包括一个激光器Laser、一个光强调制器IM、一个不等臂MZ干涉仪、一个可调衰减器VOA以及一个消偏器Depol，所述激光器Laser依次连接光强调制器IM、不等臂MZ干涉仪、可调衰减器VOA以及消偏器Depol；

所述接收者Charlie的构成与接收者Bob完全相同；

所述发送者Alice包括四个偏振分束器PBS和两个与接收者Bob相同的不等臂MZ干涉仪以及两个单光子探测器，四个偏振分束器为第一偏振分束器、第二偏振分束器、第三偏振分束器、第四偏振分束器、所述两个不等臂MZ干涉仪为第一不等臂干涉仪、第二不等臂干涉仪，所述两个单光子探测器为第一单光子探测器与第二单光子探测器，所述第一偏振分束器三端口连接第一不等臂干涉仪第一输入口，所述第一偏振分束器四端口连接第二不等臂干涉仪第一输入口，所述第二偏振分束器三端口连接第一不等臂干涉仪第二输入口，所述第二偏振分束器四端口连接第二不等臂干涉仪第二输入口，所述第一不等臂干涉仪第一输出口连接第三偏振分束器一端口，所述第一不等臂干涉仪第二输出口连接第四偏振分束器一端口，所述第二不等臂干涉仪第一输出口连接第三偏振分束器二端口，所述第二不等臂干涉仪第二输出口连接第四偏振分束器二端口，所述第三偏振分束器输出端连接第一单光子探测器，所述第四偏振分束器输出端连接第二单光子探测器；