本發(fā)明涉及光傳輸安全通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于連續(xù)光斬波的量子密鑰分配系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)：

隨著互聯(lián)網(wǎng)的大范圍普及，人類之間的信息傳遞達到了前所未有的數(shù)量和頻率，各種隱私信息越來越多地暴露在互聯(lián)網(wǎng)上，因此，人類對保密通信的需求也到了前所未有的高度?，F(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)信息安全的加密方式稱為“公開密鑰”密碼體系，其原理是通過加密算法，生成網(wǎng)絡(luò)上傳播的公開密鑰，以及留在計算機內(nèi)部的私人密鑰，兩個密鑰必須配合使用才能實現(xiàn)完整的加密和解密過程。

現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)使用的加密標(biāo)準是20世紀70年代誕生的RSA算法，即利用大數(shù)的質(zhì)因子分解難以計算來保證密鑰的安全性。

量子密鑰分配是1984年物理學(xué)家Bennett和密碼學(xué)家Brassard提出了基于量子力學(xué)測量原理的BB84協(xié)議，量子密鑰分配可以從根本上保證了密鑰的安全性。

現(xiàn)有技術(shù)中量子密鑰在發(fā)射端產(chǎn)生信號光，經(jīng)過傳統(tǒng)的量子信道傳輸過程中，由于經(jīng)過光纖信道雙折射等作用，其偏振態(tài)會有較大變化，影響光信號后期的干涉效果，會造成整體密鑰的丟失，目前，為了解決上述問題會在接收端增加糾偏系統(tǒng)，通過糾偏系統(tǒng)來還原光信號的偏振態(tài)，但是糾偏系統(tǒng)需要復(fù)雜的硬件以及軟件部分組成，給整個密鑰分配系統(tǒng)帶來了整體系統(tǒng)的復(fù)雜度以及提高了生產(chǎn)成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種量子密鑰分配系統(tǒng)與方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中為了解決信號光在量子信道中傳輸偏振態(tài)變化的問題會在接收端增加糾偏系統(tǒng)，通過糾偏系統(tǒng)來還原光信號的偏振態(tài)，但是糾偏系統(tǒng)需要復(fù)雜的硬件以及軟件部分組成，給整個密鑰分配系統(tǒng)帶來了整體系統(tǒng)的復(fù)雜度以及提高了生產(chǎn)成本的技術(shù)性缺陷。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種基于連續(xù)光斬波的量子密鑰分配系統(tǒng)，包括發(fā)射端與接收端，所述發(fā)射端與接收端通過量子信道連接，所述發(fā)射端包括發(fā)射端驅(qū)動板、連續(xù)光信號激光器、同步激光器、連續(xù)光斬波強度調(diào)制器、誘騙態(tài)強度調(diào)制器、相位調(diào)制器、第一可調(diào)衰減器、第二可調(diào)衰減器以及發(fā)射端波分復(fù)用器，所述連續(xù)光信號激光器依次連接連續(xù)光斬波強度調(diào)制器、誘騙態(tài)強度調(diào)制器、相位調(diào)制器、第一可調(diào)衰減器以及發(fā)射端波分復(fù)用器，所述同步激光器依次連接第二可調(diào)衰減器以及發(fā)射端波分復(fù)用器，所述第一可調(diào)衰減器與第二可調(diào)衰減器連接發(fā)射端波分復(fù)用器的同一端，發(fā)射端驅(qū)動板分別連接連續(xù)光信號激光器、同步激光器、連續(xù)光斬波強度調(diào)制器、誘騙態(tài)強度調(diào)制器、相位調(diào)制器、第一可調(diào)衰減器以及第二可調(diào)衰減器；

所述接收端包括接收端驅(qū)動板、接收端波分復(fù)用器、同步探測器、偏振分束器、第一保偏分束器、第二保偏分束器以及單光子探測器，所述接收端波分復(fù)用器通過量子信道連接發(fā)射端波分復(fù)用器，所述接收端波分復(fù)用器的另一端分別連接同步探測器與偏振分束器，所述偏振分束器依次連接第一保偏分束器與第二保偏分束器，所述第一保偏分束器分別通過長臂保偏光纖以及短臂保偏光纖與第二保偏分束器連接，所述長臂保偏光纖中連接有相位調(diào)節(jié)器，所述第二保偏分束器的另一端連接有兩路單光子探測器，所述接收端驅(qū)動板分別連接同步探測器、相位調(diào)節(jié)器以及單光子探測器。

優(yōu)選地，所述量子信道為單模光纖。

優(yōu)選地，所述接收端還包括第三保偏分束器以及第四保偏分束器，所述偏振分束器依次連接第三保偏分束器以及第四保偏分束器，所述第三保偏分束器分別通過長臂保偏光纖以及短臂保偏光纖與第四保偏分束器連接，所述長臂保偏光纖中連接有相位調(diào)節(jié)器，所述第四保偏分束器的另一端連接有兩路單光子探測器。

優(yōu)選地，所述發(fā)射端還包括有消偏器，所述消偏器設(shè)置在發(fā)射端部分的相位調(diào)制器以及第一可調(diào)衰減器之間。

本發(fā)明還提供了一種基于權(quán)利要求1的基于連續(xù)光斬波的量子密鑰分配方法，包括以下步驟：

1)激光器觸發(fā)：發(fā)射端利用同一個時鐘信號分別觸發(fā)連續(xù)光信號激光器和同步激光器發(fā)射出連續(xù)信號光與同步光，所述連續(xù)信號光作為調(diào)制光，所述同步光作為同步信號傳輸?shù)浇邮斩擞赏教綔y器響應(yīng)為接收端所用；

2)連續(xù)信號光衰減斬波：利用連續(xù)光斬波強度調(diào)制器將連續(xù)信號光斬波為脈沖光，該脈沖光的重復(fù)頻率為連續(xù)信號光的重復(fù)頻率兩倍；

3)誘騙態(tài)調(diào)制：將脈沖光通過誘騙態(tài)強度調(diào)制器進行隨機強度調(diào)制，成為信號態(tài)、誘騙態(tài)或者真空態(tài)的信號光；

4)電控可調(diào)衰減器對信號光進行衰減：信號光經(jīng)過第一可調(diào)衰減器將光脈沖衰減至單光子量級，同步光經(jīng)過第二可調(diào)衰減器將同步光調(diào)節(jié)至接收端可響應(yīng)的強度范圍；

5)信號光與同步光通過量子信道傳輸：將波長不同的信號光和同步光在發(fā)射端經(jīng)過發(fā)射端波分復(fù)用器合入一根信道傳輸，并在接收端通過接收端波分復(fù)用器重新分解；

6)偏振分束器分束：將不同步偏振的光經(jīng)過偏振分束器分解為水平偏振方向和垂直偏振方向；

7)接收端干涉：利用第一保偏分束器制作與發(fā)射端臂長差相等的不等臂MZ干涉環(huán)，信號光通過保偏分束器分成兩個脈沖，其中一路經(jīng)過長臂，長臂中加有相位調(diào)制器，對信號光進行隨機相位調(diào)制，短臂不做調(diào)制；

8)單光子探測器探測：單光子探測器探測出光信號，用于后續(xù)處理產(chǎn)生安全密鑰。

優(yōu)選地，所述步驟3)中，對信號光進行隨機4相位調(diào)制，分別為0，π/2，π，3π/2；步驟7)中對信號光進行隨機2相位調(diào)制，分別為0，π/2。

優(yōu)選地，所述步驟7)中還包括另外一路干涉，利用第三保偏分束器制作與發(fā)射端臂長差相等的不等臂MZ干涉環(huán)，信號光通過保偏分束器分成兩個脈沖，其中一路經(jīng)過長臂，長臂中加有相位調(diào)制器，對信號光進行隨機相位調(diào)制，短臂不做調(diào)制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下有益效果：

本發(fā)明的量子密鑰分配系統(tǒng)，通過在接收端增加一個偏振分束器，將信號光分解為兩個垂直的偏振態(tài)，利用保偏光纖干涉環(huán)完成各自偏振態(tài)下的干涉，得到較好的干涉結(jié)果，避免了光纖傳輸過程中雙折射效應(yīng)影響光偏振態(tài)對干涉結(jié)果的影響，同時摒棄了糾偏系統(tǒng)，簡化了系統(tǒng)冗雜度，也降低了生產(chǎn)成本；同時在發(fā)射端采用了連續(xù)光斬波的形式得到兩個偏振態(tài)一致的光脈沖，省去了發(fā)射端干涉環(huán)的制作，進一步簡化了系統(tǒng)冗雜度，以及降低了生產(chǎn)成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明量子密鑰分配系統(tǒng)的原理框圖；

圖2為本發(fā)明量子密鑰分配方法的流程圖。

圖中：發(fā)射端1，發(fā)射端驅(qū)動板101，連續(xù)光信號激光器102，同步激光器103，連續(xù)光斬波強度調(diào)制器104，誘騙態(tài)強度調(diào)制器105，第一可調(diào)衰減器106，第二可調(diào)衰減器107，發(fā)射端波分復(fù)用器108，消偏器109，接收端2，接收端驅(qū)動板201，接收端波分復(fù)用器202，同步探測器203，偏振分束器204，第一保偏分束器205，第二保偏分束器206以及單光子探測器207，第三保偏分束器208，第四保偏分束器209，量子信道3，相位調(diào)節(jié)器4。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明進行清楚、完整地描述。

如圖1至圖2所示，一種基于連續(xù)光斬波的量子密鑰分配系統(tǒng)，包括發(fā)射端1與接收端2，所述發(fā)射端1與接收端2通過量子信道3連接，所述發(fā)射端1包括發(fā)射端驅(qū)動板101、連續(xù)光信號激光器102、同步激光器103、連續(xù)光斬波強度調(diào)制器104、誘騙態(tài)強度調(diào)制器105、相位調(diào)制器4、第一可調(diào)衰減器106、第二可調(diào)衰減器107以及發(fā)射端波分復(fù)用器108，所述連續(xù)光信號激光器102依次連接連續(xù)光斬波強度調(diào)制器104、誘騙態(tài)強度調(diào)制器105、相位調(diào)制器4、第一可調(diào)衰減器106以及發(fā)射端波分復(fù)用器108，所述同步激光器103依次連接第二可調(diào)衰減器107以及發(fā)射端波分復(fù)用器108，所述第一可調(diào)衰減器106與第二可調(diào)衰減器107連接發(fā)射端波分復(fù)用器108的同一端，發(fā)射端驅(qū)動板101分別連接連續(xù)光信號激光器102、同步激光器103、連續(xù)光斬波強度調(diào)制器102、誘騙態(tài)強度調(diào)制器105、相位調(diào)制器4、第一可調(diào)衰減器106以及第二可調(diào)衰減器107；所述發(fā)射端1部分的相位調(diào)節(jié)器4以及連續(xù)光斬波強度調(diào)制器104、誘騙態(tài)強度調(diào)制器105、第一可調(diào)衰減器107、第二可調(diào)衰減器108分別通過模擬控制信號線連接發(fā)射端驅(qū)動板101，所述連續(xù)光信號激光器102、同步激光器103分別通過數(shù)字控制信號線連接發(fā)射端驅(qū)動板101；所述接收端2包括接收端驅(qū)動板201、接收端波分復(fù)用器202、同步探測器203、偏振分束器204、第一保偏分束器205、第二保偏分束器206以及單光子探測器207，所述接收端波分復(fù)用器202通過量子信道3連接發(fā)射端波分復(fù)用器108，所述接收端波分復(fù)用器202的另一端分別連接同步探測器203與偏振分束器204，所述偏振分束器204依次連接第一保偏分束器205與第二保偏分束器206，所述第一保偏分束器205分別通過長臂保偏光纖以及短臂保偏光纖與第二保偏分束器206連接，所述長臂保偏光纖中連接有相位調(diào)節(jié)器4，所述第二保偏分束器206的另一端連接有兩路單光子探測器207，所述接收端驅(qū)動板201分別連接同步探測器203、相位調(diào)節(jié)器4以及單光子探測器207，所述接收端2部分的相位調(diào)節(jié)器4通過模擬控制信號線連接接收端驅(qū)動板201。本實施例中，所述量子信道3為單模光纖，所述量子信道3為單模光纖，若是量子信道3距離不需要過長，也可采用保偏光纖傳輸，以增加信號光偏振態(tài)的穩(wěn)定性。所述接收端2還包括第三保偏分束器208以及第四保偏分束器209，所述偏振分束器204依次連接第三保偏分束器208以及第四保偏分束器209，所述第三保偏分束器208分別通過長臂保偏光纖以及短臂保偏光纖與第四保偏分束器209連接，所述長臂保偏光纖中連接有相位調(diào)節(jié)器4，所述第四保偏分束器209的另一端連接有兩路單光子探測器207，本量子密鑰分配系統(tǒng)一共采用四路單光子探測器207進行光子探測，其中，所述第一保偏分束器205與第二保偏分束器206與相位調(diào)節(jié)器4通過長臂保偏光纖以及短臂保偏光纖形成一條干涉環(huán)，所述第三保偏分束器208與第四保偏分束器209與相位調(diào)節(jié)器4通過長臂保偏光纖以及短臂保偏光纖形成另外一條干涉環(huán)。所述發(fā)射端1還包括有消偏器109，所述消偏器109設(shè)置在發(fā)射端部分的相位調(diào)制器4以及第一可調(diào)衰減器106之間，所述消偏器109可將信號光的偏振度降為0，使得信號光的偏振態(tài)為自然光狀態(tài)，有效的保證了系統(tǒng)傳輸密鑰的安全性。

本發(fā)明還提供了一種基于權(quán)利要求1的基于連續(xù)光斬波的量子密鑰分配方法，包括以下步驟：

1)激光器觸發(fā)：發(fā)射端利用同一個時鐘信號分別觸發(fā)連續(xù)光信號激光器和同步激光器發(fā)射出連續(xù)信號光與同步光，所述連續(xù)信號光作為調(diào)制光，所述同步光作為同步信號傳輸?shù)浇邮斩擞赏教綔y器響應(yīng)為接收端所用；

2)連續(xù)信號光衰減斬波：利用連續(xù)光斬波強度調(diào)制器將連續(xù)信號光斬波為脈沖光，該脈沖光的重復(fù)頻率為連續(xù)信號光的重復(fù)頻率兩倍；

3)誘騙態(tài)調(diào)制：將脈沖光通過誘騙態(tài)強度調(diào)制器進行隨機強度調(diào)制，成為信號態(tài)、誘騙態(tài)或者真空態(tài)的信號光；

4)電控可調(diào)衰減器對信號光進行衰減：信號光經(jīng)過第一可調(diào)衰減器將光脈沖衰減至單光子量級，同步光經(jīng)過第二可調(diào)衰減器將同步光調(diào)節(jié)至接收端可響應(yīng)的強度范圍；

5)信號光與同步光通過量子信道傳輸：將波長不同的信號光和同步光在發(fā)射端經(jīng)過發(fā)射端波分復(fù)用器合入一根信道傳輸，并在接收端通過接收端波分復(fù)用器重新分解；

6)偏振分束器分束：將不同步偏振的光經(jīng)過偏振分束器分解為水平偏振方向和垂直偏振方向；

7)接收端干涉：利用第一保偏分束器制作與發(fā)射端臂長差相等的不等臂MZ干涉環(huán)，信號光通過保偏分束器分成兩個脈沖，其中一路經(jīng)過長臂，長臂中加有相位調(diào)制器，對信號光進行隨機相位調(diào)制，短臂不做調(diào)制；

8)單光子探測器探測：單光子探測器探測出光信號，用于后續(xù)處理產(chǎn)生安全密鑰。所述步驟3)中，對信號光進行隨機4相位調(diào)制，分別為0，π/2，π，3π/2；步驟7)中對信號光進行隨機2相位調(diào)制，分別為0，π/2。所述步驟7)中還包括另外一路干涉，利用第三保偏分束器制作與發(fā)射端臂長差相等的不等臂MZ干涉環(huán)，信號光通過保偏分束器分成兩個脈沖，其中一路經(jīng)過長臂，長臂中加有相位調(diào)制器，對信號光進行隨機相位調(diào)制，短臂不做調(diào)制。

綜合上述本發(fā)明的量子密鑰分配系統(tǒng)與分配方法可知，本發(fā)明通過在接收端增加一個偏振分束器，將信號光分解為兩個垂直的偏振態(tài)，利用保偏光纖干涉環(huán)完成各自偏振態(tài)下的干涉，得到較好的干涉結(jié)果，避免了光纖傳輸過程中雙折射效應(yīng)影響光偏振態(tài)對干涉結(jié)果的影響，同時摒棄了糾偏系統(tǒng)，簡化了系統(tǒng)冗雜度，也降低了生產(chǎn)成本；同時在發(fā)射端采用了連續(xù)光斬波的形式得到兩個偏振態(tài)一致的光脈沖，省去了發(fā)射端干涉環(huán)的制作，進一步簡化了系統(tǒng)冗雜度，以及降低了生產(chǎn)成本。