[发明专利]量子密码通信系统和在通信终端处设置平均光子数的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本发明包含涉及于2006年3月16日向日本专利局递交的日本专利申请JP2006-073449的主题，在此引入其全文内容作为参考。

技术领域

本发明涉及基于量子密码执行通信处理的量子密码通信系统，以及在通信终端处设置平均光子数的方法，该方法用于该量子密码通信系统中。

背景技术

包含RAS密码和EL Gamal密码的公共密钥密码系统以及包含先进加密标准(AES)密码和数据加密标准(DES)密码的公用密钥密码系统通常用于防止任何信息泄漏给第三方。在公共密钥密码系统中，它们的安全性是在对因数分解成素数的解法困难或对离散对数程序的解法困难的基础上被保证的。该安全性容易受到由量子计算机译解它们的代码的影响或未知的威胁。在公用密钥密码系统中，私钥可能对于在先由发送方和接收方共享而言是必要的，因此该私钥通常利用任意公用密钥密码系统来共享。对其的先进的攻击方法可能导致将来将发展有效地译解它们的代码。

已经提出其安全性基于大量信息得到保障的任何绝对破译不出的密码，例如Vemam密码。如Shannon所表明的，这种绝对破译不出的密码具有由发送方和接收方共享的大尺寸的密钥以实现其绝对无法破解，因此难以分配该密钥。

Bennett等人提出量子密码作为其突破方法。量子密码是指通过利用量子力学的原理，私钥可得到共享的密码。采用的该原理是：如果即使一次就测量到弱光位置，那么其位置被改变，因此该位置可能是被不太精确地测量的。根据弱信号光的测量方法，这种量子密码的实现方法粗略地分为两类。

一种方法基于单光子探测，且另一种方法基于零差探测。在单光子探测中，产生并探测单光子，这是其特点但也是弱点。在零差探测中，由光电二极管构成的零差探测器探测从激光二极管发出的弱相干光。零差探测能够在室温下进行高效测量，其具有广阔的前景。

日本专利申请公开号NO.2000-101570公开了基于零差探测的量子密码协议。此外，日本专利申请公开号NO.2005-286485公开了即插即用的工具，其可以处理在长距离通信中难以避免的对光纤的偏振的干扰和其光程长度的差异。上面的日本公开号No.2005-286485还公开了一种用于使发送方和接收方同步和反之亦然的方法。

发明内容

在量子密码协议中，通过大量相位调制，由脉冲光携带秘密信息，而量子密码的任何功能可以仅在弱电平中获得，因此对于每个脉冲，信号光的平均光子数几乎为1。如果在发送该秘密信息的发送方的输出处，具有弱电平的信号光的平均光子数得到精确设置，那么通过在接收方测量该信号光之后由该接收方估计平均光子数并且将估计的平均光子数和在发送方的输出处设置的平均光子数相比较，接收方可以探测到任何线路窃听的风险。

期望提供一种基于量子密码执行通信处理的量子密码通信系统，和一种在发送方的通信终端处精确设置平均光子数的方法，该方法用于量子密码通信系统中，通过其能够探测到任何线路窃听的风险。

根据本发明的实施例，提供一种执行基于量子密码进行通信处理的量子密码通信系统，该系统包括：第一通信终端、第二通信终端、以及连接所述第一通信终端和第二通信终端的通信路径。所述第一通信终端包括：发射脉冲光的光源、第一光分离装置，该装置从由所述光源发射的脉冲光中分离出信号光和参考光。第一通信终端还包括其中插入延迟装置的第一光路、其中未插入延迟装置的第二光路、以及光合成装置，该装置将在所述第一光分离装置中分离出的并穿过所述第一光路的所述信号光和在所述第一光分离装置中分离出的并穿过所述第二光路的参考光合成，以将合成光发送至所述通信路径。该第一通信终端还包括第二光分离装置，该装置从通过所述通信路径从所述第二通信终端返回的脉冲光中分离出信号光和参考光。该第一通信终端还包括第一相位调制器，对于每个脉冲，该相位调制器对在所述第二光分离装置中分离出的并且穿过所述第一光路的参考光进行随机相位调制、以及零差探测器，该探测器根据在所述第二光分离装置中分离出的并且穿过所述第一光路的参考光和在所述第二光分离装置中分离出的并穿过所述第二光路的信号光进行零差探测。

第二通信终端包括：光发送装置，该装置通过预定光路将所述信号光和参考光发送至所述通信路径，所述信号光和参考光从所述第一通信终端通过所述通信路径被发送；和衰减穿过所述预定光路的信号光的光衰减器。该第二通信终端还包括：第二相位调制器，对于每个脉冲，该调制器对穿过所述预定光路的信号光进行随机相位调制；以及光子数设置装置，该装置将从所述光发送装置发送到所述通信路径的信号光的平均光子数设置为预定值。