在量子密鑰分配協(xié)議的實(shí)現(xiàn)中使用雙緩沖方案生成原始密鑰的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方式中涉及在量子密鑰分配(QKD:quantum keydistribut1n)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)中通過使用雙緩沖方案生成原始密鑰的方法及裝置。更具體地，本公開涉及通過使用雙緩沖方法來提高QKD系統(tǒng)的密鑰生成速度來生成原始密鑰的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]這部分的陳述僅僅提供與本公開相關(guān)的背景信息并且不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。
[0003]量子密鑰分配(Quantum Key Distribut1n，QKD)系統(tǒng)通過防止以量子不確定性(隨機(jī)性)的方式的竊聽攻擊，幫助用戶在發(fā)送器和接收器之間安全地共享密鑰。QKD系統(tǒng)通過使用量子通信來生成原始密鑰，計(jì)算該原始密鑰的量子比特誤碼率(QBER = QuantumBit error Rate)，生成經(jīng)篩選的密鑰，并且對(duì)所述經(jīng)篩選的密鑰執(zhí)行誤差校正和隱私放大，以生成最終秘密密鑰(Secret Key)。
[0004]通常，QKD系統(tǒng)的原始密鑰生成處理通過在完成量子信號(hào)的傳輸之后過濾在正常情況下檢測(cè)到的事件生成原始密鑰。在這種情況下，執(zhí)行過濾所花費(fèi)的時(shí)間增加了執(zhí)行QKD所花費(fèi)的時(shí)間。此外，由于QKD系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)從極大量的數(shù)據(jù)中過濾檢測(cè)事件，因此過濾時(shí)間占據(jù)執(zhí)行QKD的總時(shí)間的大部分并且因此降低了 QKD的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問題
[0006]因此，已經(jīng)努力做出本公開來有效解決上述限制并提供一種生成原始密鑰的方法。本公開的至少一種實(shí)施方式基于量子密鑰分配(QKD)系統(tǒng)的操作環(huán)境重復(fù)在比預(yù)設(shè)原始密鑰生成時(shí)間短的周期中執(zhí)行的原始密鑰生成處理，并且通過使用雙緩沖方案同時(shí)執(zhí)行量子信號(hào)傳輸處理和檢測(cè)事件發(fā)生信息過濾處理。另外，該實(shí)施方式基于雙緩沖方案通過操作原始密鑰存儲(chǔ)器執(zhí)行原始密鑰存儲(chǔ)處理和QKD協(xié)議的實(shí)現(xiàn)這兩者。這防止了當(dāng)QKD系統(tǒng)生成原始密鑰時(shí)執(zhí)行過濾所花費(fèi)的時(shí)間以及操作QKD協(xié)議和后期處理協(xié)議所花費(fèi)的時(shí)間加到執(zhí)行QKD的總時(shí)間，從而提高了 QKD系統(tǒng)的整體效率。
[0007]解決方案
[0008]根據(jù)本公開的某些實(shí)施方式，一種接收器包括量子光學(xué)單元:該量子光學(xué)單元被構(gòu)造成從發(fā)送器接收量子信號(hào)，基于預(yù)設(shè)基礎(chǔ)序列調(diào)制所述量子信號(hào)，并且通過檢測(cè)經(jīng)調(diào)制的量子信號(hào)來輸出檢測(cè)信息；以及信號(hào)處理器，該信號(hào)處理器被構(gòu)造成基于雙緩沖方法通過使用所述檢測(cè)信息和所述基礎(chǔ)序列來生成原始密鑰。
[0009]根據(jù)本公開的另一實(shí)施方式，一種發(fā)送器包括:信號(hào)處理器，該信號(hào)處理器被構(gòu)造成生成并存儲(chǔ)任意量子信息，并且基于雙緩沖方案通過使用從接收器接收的所述量子信息和檢測(cè)事件發(fā)生信息生成原始密鑰；以及量子光學(xué)單元，該量子光學(xué)單元被構(gòu)造成通過使用量子信道向所述接收器發(fā)送基于所述量子信息經(jīng)調(diào)制的量子信號(hào)。
[0010]根據(jù)本公開的另一實(shí)施方式，提供一種由量子密鑰分配(QKD)系統(tǒng)的發(fā)送器和接收器生成原始密鑰的方法。該方法包括以下步驟:由所述接收器從所述發(fā)送器接收量子信號(hào)，基于預(yù)設(shè)基礎(chǔ)序列調(diào)制所述量子信號(hào)，并且通過檢測(cè)所述經(jīng)調(diào)制的量子信號(hào)輸出檢測(cè)事件發(fā)生信息；由所述接收器與所述發(fā)送器共享所述檢測(cè)事件發(fā)生信息；以及由所述發(fā)送器和所述接收器基于雙緩沖方案通過使用所述檢測(cè)事件發(fā)生信息和所述基礎(chǔ)序列生成原始密鑰。
[0011]有益效果
[0012]根據(jù)如上所述的本公開，量子密鑰分配(QKD)系統(tǒng)基于所述QKD系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境重復(fù)在比預(yù)設(shè)原始密鑰生成時(shí)間短的周期中執(zhí)行的原始密鑰生成處理。在這種情況下，所述QKD系統(tǒng)同時(shí)執(zhí)行發(fā)送量子信號(hào)的處理，通過過濾檢測(cè)事件發(fā)生信息生成原始密鑰的處理、并且通過實(shí)現(xiàn)QKD協(xié)議和后期處理協(xié)議生成最終秘密密鑰的處理。這種方法防止了生成所述原始密鑰和所述最終秘密密鑰的時(shí)間被加到執(zhí)行QKD的總時(shí)間，提高了 QKD系統(tǒng)的效率。
[0013]在生成所述原始密鑰和所述最終秘密密鑰的處理中，QKD系統(tǒng)使用雙緩沖方案，該雙緩沖方案通過使用集成在處理內(nèi)部的靜態(tài)存儲(chǔ)器(Static Memory)或高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache Memory)避免了對(duì)用于生成原始密鑰的單獨(dú)的大容量外部存儲(chǔ)器的需要，使得存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的信息能夠快速地被處理。
【附圖說明】
[0014]圖1是根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的量子密鑰分配(QKD)系統(tǒng)的示意性框圖。
[0015]圖2是根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的發(fā)送器的信號(hào)處理器的示意性框圖。
[0016]圖3是根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的接收器的信號(hào)處理器的示意性框圖。
[0017]圖4是根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式生成原始密鑰的方法的流程圖。
[0018]圖5是用于描述根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式通過使用雙緩沖方案生成原始密鑰的方法的示例圖。
[0019]圖6是用于描述根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式通過使用雙緩沖方案生成原始密鑰和秘密密鑰的方法的示例圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面，將參照附圖詳細(xì)描述本公開的至少一種實(shí)施方式。
[0021]本公開提出一種在基于量子密鑰分配(Quantum Key distribut1n，QKD)系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境通過在比預(yù)設(shè)原始密鑰生成時(shí)間短的周期內(nèi)重復(fù)生成原始密鑰而生成原始密鑰的處理中提高QKD系統(tǒng)的效率的方法，所述QKD系統(tǒng)還應(yīng)用雙緩沖方案。
[0022]本公開還提出了一種用于通過對(duì)QKD協(xié)議操作處理額外應(yīng)用雙緩沖方案并因此在執(zhí)行量子信號(hào)發(fā)送處理的同時(shí)不但執(zhí)行原始密鑰生成處理而且執(zhí)行最終秘密密鑰生成處理來提高QKD系統(tǒng)的效率的方法。
[0023]圖1是根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的QKD系統(tǒng)的示意性框圖。下面本實(shí)施方式的描述將集中于QKD系統(tǒng)的QKD處理中的原始密鑰生成階段。
[0024]QKD系統(tǒng)包括發(fā)送器110和通過開放或公共信道130和量子信道140連接到發(fā)送器110的接收器120。公共信道130用于發(fā)送器110和接收器120之間的數(shù)據(jù)通信，并且其可以通過例如因特網(wǎng)、攜帶強(qiáng)大光脈沖的光纖、或者用于數(shù)據(jù)通信的任何其它裝置來實(shí)現(xiàn)。量子信道140在從發(fā)送器110向接收器120發(fā)送量子信號(hào)的處理中使用。
[0025]發(fā)送器110包括信號(hào)處理器112和量子光學(xué)單元114。
[0026]信號(hào)處理器112通過使用隨機(jī)數(shù)生成器210生成任意量子信息，并且存儲(chǔ)所生成的量子信息。在這種情況下，使用隨機(jī)數(shù)生成器210生成的量子信息包括隨機(jī)數(shù)序列(比特序列(Bit Sequence))、基礎(chǔ)序列(Basis Sequence)和誘t耳序列(Decoy Sequence)中的一部分或全部。在此之后，信號(hào)處理器112將該量子信息發(fā)送到量子光學(xué)單元114。信號(hào)處理器112可以是例如包括存儲(chǔ)器、輸入/輸出端口和處理單元在內(nèi)的任何計(jì)算裝置，并且可以用來生成并存儲(chǔ)所需信息(例如，最終秘密密鑰)并且運(yùn)行使得能夠與接收器120通信的通信機(jī)制。
[0027]當(dāng)從接收器120接收到檢測(cè)事件發(fā)生信息時(shí)，信號(hào)處理器112通過使用該檢測(cè)事件發(fā)生信息和量子信息生成原始密鑰。由信號(hào)處理器112從接收器120接收到的檢測(cè)事件發(fā)生信息包括位置信息，該位置信息的檢測(cè)事件在生成原始密鑰的處理中通過接收器120在檢測(cè)信息內(nèi)部被提取為正常。信號(hào)處理器112利用檢測(cè)事件發(fā)生信息來提取映射到該檢測(cè)事件發(fā)生信息的隨機(jī)數(shù)序列，并且基于所提取的隨機(jī)數(shù)序列生成并存儲(chǔ)原始密鑰。信號(hào)處理器112在提取映射到該檢測(cè)事件發(fā)生信息的隨機(jī)數(shù)序列的處理中提取并存儲(chǔ)與所提取的隨機(jī)數(shù)序列相對(duì)應(yīng)的量子信息作為原始密鑰。
[0028]根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的信號(hào)處理器112通過使用雙緩沖方案來生成原始密鑰。該雙緩沖方案用于同時(shí)存儲(chǔ)并數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，其中，處理單元被允許在數(shù)據(jù)正被存儲(chǔ)在第一緩沖器中的同時(shí)處理第二緩沖器的數(shù)據(jù)。為此，根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的QKD系統(tǒng)被構(gòu)造成基于QKD系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境在時(shí)間上比預(yù)設(shè)原始密鑰生成時(shí)間T短的特定周期t期間生成原始密鑰。因此，QKD系統(tǒng)在預(yù)設(shè)原始密鑰生成時(shí)間期間反復(fù)執(zhí)行原始密鑰生成處理。類似地，發(fā)送器110的信號(hào)處理器112在預(yù)設(shè)原始密鑰生成時(shí)間期間基于特定周期生成并存儲(chǔ)量子信息，并且通過使用該量子信息和該檢測(cè)事件發(fā)生信息反復(fù)提取并存儲(chǔ)原始密鑰。根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式，雙緩沖可以使用在信號(hào)存儲(chǔ)器112的集成電路的存儲(chǔ)器中以預(yù)設(shè)比率分配的多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域來執(zhí)行。例如，在多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域中的任一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域中，信號(hào)處理器112在時(shí)間上比預(yù)設(shè)原始密鑰生