一種cvqkd系統(tǒng)及其散粒噪聲方差的實時監(jiān)測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于量子安全通信領域，設及一種CVQKD系統(tǒng)安全通信方法，具體是通過 實時監(jiān)測散粒噪聲方差，有效抵御Eve對本振光強攻擊，從而提高通信質量。
【背景技術】 陽00引 文獻 1 "P.Jouguet,S.Kunz-Jacques,T.Debuisschert,Opt.Express20, 14030 (2012)."提出E-B模型下的安全性分析方法，此方法忽略了本振光可能會被竊聽 者巧ve)攻擊的情況；本振光被竊聽者攻擊會引起本振光強改變，隨之系統(tǒng)散粒噪聲方差 也會改變；而在系統(tǒng)安全性分析中，系統(tǒng)所有噪聲參數(shù)都要歸一化到散粒噪聲方差，當Eve 控制本振光使散粒噪聲方差變小時，實際的系統(tǒng)過噪聲將增大，若合法通信方仍W未被攻 擊時較大的散粒噪聲方差進行歸一化，將會導致合法通信方嚴重低估系統(tǒng)過噪聲，運時Eve 可W通過采用截取重發(fā)等攻擊獲取密鑰信息而不被合法通信方發(fā)現(xiàn)。 |；000；3]文獻 2 "P.Jouguet,S.Kunz-Jacques,E.Diamanti,PhysicalReview A, 87:062313, 2013."提出了一種散粒噪聲標度技術，該技術首先確定散粒噪聲方差和本振 光強的線性關系，隨后在密鑰分發(fā)前，通過功率計或者帶積分電路的二極管在Bob輸入端 檢測本振光強度，推測出用于計算密鑰率的散粒噪聲方差。但運種技術并沒有實時獲得散 粒噪聲方差，只是在密鑰分發(fā)之前獲得。當Eve在密鑰分發(fā)過程中攻擊本振光時，系統(tǒng)的實 際散粒噪聲方差發(fā)生改變，此時散粒噪聲標度技術卻無法獲得改變后的散粒噪聲方差。Eve 可對基于本振光同步檢測的CVQKD系統(tǒng)成功實施攻擊。
[0004] 綜上，研究一種能夠提高CVQ邸系統(tǒng)安全性的方法是很有必要的。
【發(fā)明內容】
[0005] 針對上述現(xiàn)有技術中存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種CVQ邸系 統(tǒng)及其散粒噪聲方差的實時監(jiān)測方法，該方法和系統(tǒng)能夠有效抵御Eve對本振光的攻擊， 從而有效提高CVQKD系統(tǒng)的安全性。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案予W解決：
[0007] 一種CVQKD系統(tǒng)，包括發(fā)送端和接收端，所述接收端包括波分復用器、偏振控制 器、光電轉換器、Bob端內部光路、化modyne檢測器、Bob端控制電路和光電檢測器；其中，所 述Bob端內部光路包括偏振分束器、50/50分束器、相位調制器、法拉第鏡、第一可調光衰減 器、第二可調光衰減器和10/90分束器；
[0008] 所述波分復用器將發(fā)送端通過量子信道發(fā)送的信號光和時鐘信號分開，信號光 經(jīng)過偏振控制器進行偏振校正；信號光經(jīng)過偏振分束器分為量子信號光和本振光；第一可 調光衰減器設置在量子信號光路上，量子信號光進入50/50分束器；第二可調光衰減器和 10/90分束器沿本振光的方向依次設置在本振光路上；經(jīng)10/90分束器輸出的10%本振光 送至光電檢測器，90%本振光依次通過偏振分束器、相位調制器和法拉第鏡后也進入50/50 分束器，與量子信號光發(fā)生干設；50/50分束器的輸出端連接化modyne檢測器出omodyne 檢測器和光電檢測器的輸出端均接入Bob端控制電路。
[0009] 本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種上述CVQKD系統(tǒng)進行散粒噪聲方差的實時監(jiān) 測方法，包括步驟1，當化modyne檢測器沒有光進入時，利用化modyne檢測器檢測電噪聲 強度，并計算得到絕對電噪聲方差化/。；
[0010] 其特征在于，還包括如下其他步驟：
[0011] 步驟2,在Bob端內部光路的量子信號光路上增加第一可調光衰減器，第一可調光 衰減器用來調整量子信號光的強度；同時，在Bob端內部光路的本振光路上增加第二可調 光衰減器，第二可調光衰減器用來調整本振光的強度；同時，在Bob端的本振光路加入一個 分光比為10/90分束器，10%本振光送至光電檢測器；90%本振光送至50/50分束器；光電 檢測器的輸出端接入Bob端控制電路；
[0012] 步驟3,將第一可調光衰減器調到最大衰減值，調整第二可調光衰減器，此時本振 光強度町。變化，在本振光強度Pu變化過程中通過Bob控制電路中的數(shù)據(jù)采集卡采集多個 化modyne檢測器檢測到的電信號強度，并計算得到電信號方差N，同時采集每個電信號方 差N對應的本振光強度P,。;根據(jù)每個電信號方差N，通過下式計算其對應的散粒噪聲方差 No： 陽01引輿二Wq+吃。 (1)
[0014] 其中，N為電信號方差；N。為散粒噪聲方差；Up/。為絕對電噪聲方差.
[0015] 步驟4,根據(jù)步驟3記錄的多個本振光強度值及多個電信號方差對應的散粒噪聲 方差，得到本振光強度與散粒噪聲方差的線性擬合關系，如圖3所示：
[0016] No=kP Lo+n似
[0017] 其中，為本振光強度值，k為比例關系，n為偏移量。
[0018] 步驟5,將實時采集到的本振光強度值町。代入所述本振光強度與散粒噪聲方差的 線性擬合關系中，得到實時的散粒噪聲方差。
[0019] 進一步的，所述步驟3中所述數(shù)據(jù)采集卡采用PCI6115數(shù)據(jù)采集卡。
[0020] 進一步的，所述步驟3中數(shù)據(jù)采集卡的采集間隔為0. 5地。
[0021] 本發(fā)明的方法和系統(tǒng)通過在Bob端加入10/90分束器，將本振光分成10%本振光 和90 %本振光兩部分，并使10 %本振光送至光電檢測器PDB，90 %本振光處理后進入50/50 分束器BS與量子信號光發(fā)生干設；然后通過量子信號光路和本振光路上分別設置可調光 衰減器，用于調整量子信號光強度和本振光強度，通過線性擬合得到散粒噪聲方差和本振 光強的線性關系，最終實現(xiàn)對散粒噪聲方差的實時監(jiān)測，從而有效抵御Eve對本振光強攻 擊。當改變系統(tǒng)本振光強時，散粒噪聲方差會隨之改變，導致密鑰率改變，當密鑰率降為負 值，系統(tǒng)將對合法通信方進行警告，從而提高了通信系統(tǒng)的安全。
【附圖說明】
[0022] 圖1是傳統(tǒng)的CVQKD系統(tǒng)的原理框圖。
[0023] 圖2是本發(fā)明的CVQKD系統(tǒng)的原理框圖。
[0024] 圖3散粒噪聲方差與本振光強度的線性擬合。 陽0巧]圖4是本發(fā)明的實施例中CVQKD系統(tǒng)的原理框圖。
[00%] 圖5是不同散粒噪聲方差下實際系統(tǒng)密鑰率。
[0027]W下結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進一步解釋說明。
【具體實施方式】
[0028] 如圖1所示，傳統(tǒng)的CVQKD系統(tǒng)包括發(fā)送端和接收端，其中：
[00巧]發(fā)送端包括QKD光源、Alice端內部光路（Alicebox)、時鐘同步系統(tǒng)（Sync Laser)與Alice端控制電路、波分復用器CWDM;
[0030] 接收端包括波分復用器CWDM、偏振控制器（PolarizationController)、光電轉換 器（PIN)、Bob端內部光路度obbox)、Homodyne檢測器（HOM)和Bob端控制電路；Bob端 內部光路包括偏振分束器PBS、50/50分束器BS、相位調制器PM、法拉第鏡FM;
[0031] 其中，波分復用器CWDM將信號光和時鐘信號分開，信號光經(jīng)過偏振控制器進行 偏振校正；信號光經(jīng)過偏振分束器PBS分為量子信號光Sig和本振光Lo,量子信號光進入 50/50分束器BS，本振光通過偏振分束器PBS、相位調制器PM和法拉第鏡FM后也進入50/50 分束器BS，與量子信號光發(fā)生干設，然后進入化modyne檢測器出omodyne檢測器輸出的數(shù) 據(jù)送入Bob端控制電路。
[0032] 由于傳統(tǒng)的CVQKD系統(tǒng)中通常存在合法通信方嚴重低估系統(tǒng)過噪聲的缺陷（見背 景技術文獻1)或者無法獲得改變后的散粒噪聲方差的缺陷（見【背景技術】文獻2)，因此，本 發(fā)明通過對傳統(tǒng)系統(tǒng)的Bob接收端進行改進，能夠實時獲得散粒噪聲方差，從而能夠將其 用于系統(tǒng)安全性分析實時獲知密鑰率，繼而判斷系統(tǒng)的密鑰分發(fā)的安全性。
[003引如圖2所示，本發(fā)明的CVQKD系統(tǒng)，包括發(fā)送端和接收端，其中：
[0034] 發(fā)送端與傳統(tǒng)的CVQKD系統(tǒng)相同；
[0035] 接收端包括波分復用器CWDM、偏振控制器（PolarizationController)、光電轉換