[发明专利]一种量子数字签名系统在审

专利信息
申请号: 202110809468.5 申请日: 2021-07-17
公开(公告)号: CN113347006A 公开(公告)日: 2021-09-03
发明(设计)人: 王东;沈名轩 申请(专利权)人: 神盾迅波(北京)量子科技发展有限公司
主分类号: H04L9/32 分类号: H04L9/32;H04L9/08;H04B10/70;H04B10/61;H04B10/548;H04B10/54
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摘要:
搜索关键词: 一种 量子 数字签名 系统
【说明书】:

一种量子数字签名系统,包括一个消息的发送者Alice和消息接收者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,本发明量子数字签名系统,可以将光能量利用率提升至100%,即将QKD系统成码率提高至原始方案的2倍;发射端干涉仪结构简单,仅由一个偏振分束器和一个相位调制器构成,易于制作,且接收端干涉仪结构与发射端干涉仪完全相同,便于批量制作。

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,我们提出一种基于相位编码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:

一种量子数字签名系统,包括一个消息的发送者Alice和消息接收者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干涉仪以及一个可调衰减器EVOA,所述激光器Laser依次连接光强调制器IM、不等臂MZ干涉仪以及可调衰减器EVOA;

所述接收者Charlie的构成与接收者Bob完全相同;

所述发送者Alice包括两个环形器CIR、一个与接收者Bob相同的不等臂MZ干涉仪、两个偏振分束器PBS以及四个单光子探测器,两个环形器CIR为第一环形器CIR、第二环形器CIR,所述两个偏振分束器PBS为第一偏振分束器PBS、第二偏振分束器PBS,所述四个单光子探测器为第一单光子探测器、第二单光子探测器、第三单光子探测器与第四单光子探测器,所述第一环形器CIR二端口连接第一单光子探测器,所述第一环形器CIR三端口连接第一偏振分束器PBS一端口,所述第二环形器CIR三端口连接第三单光子探测器,所述第二环形器CIR二端口连接第一偏振分束器PBS二端口,所述第一偏振分束器PBS三端口与第一偏振分束器PBS四端口分别对应连接不等臂MZ干涉仪的一路输入端及输出端,所述不等臂MZ干涉仪的另一路输入端及输出端分别对应连接第二偏振分束器PBS的一端口与第二偏振分束器PBS二端口,所述第二偏振分束器PBS的三端口连接第二单光子探测器,所述第二偏振分束器PBS的四端口连接第四单光子探测器;

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