[发明专利]量子密钥分配系统的全光纤通信系统及方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种量子密钥分配系统QKD设备间的的通信系统和方法，尤其涉及一种量子密钥分配系统的全光纤通信系统及方法。

背景技术

随着QKD商业化的进展， QKD系统的安全性和稳定性越来越受到业界的关注。我们知道量子密钥的安全性是基于物理学的三大基本定律：测量塌缩理论、海森堡不确定原理、量子不可克隆定律。因此量子密钥被认为是绝对安全的，量子密钥的核心价值也就在于其绝对安全性。

然而实际的QKD设备却存在很大的安全隐患。目前的QKD设备内的核心数据的处理和保存都是在内部的操作系统平台上进行的，发送端和接收端传输的密钥协商信号也是通过该平台上的网口进行的。QKD设备间总共有两种通信方式：一种是用单根光纤来同时传输同步光信号和量子密钥信号，另一种是通过网线传输密钥协商信号。在网线通信中双方需要交互对基信息、纠错信息、量子保密放大相关信息以及相互间的同步信息等，双方根据这些信息进行协商，从而得到共同的密钥。很容易看到QKD内的操作系统平台实际上是QKD设备的总指挥，然而我们知道这种基于通用操作系统的设备是很容易受到病毒攻击的 ，也就是说一旦该系统通过网线连入互联网，那么QKD的安全性也就荡然无存了。一旦攻击操作系统成功，也就意味着攻击者就可以任意地控制QKD设备，当然，系统内保存的量子密钥信息也将暴露无遗。这种安全性漏洞将是致命的，它将导致QKD设备的商业化道路无法铺展。如图1所示，现有QKD设备间通信的信号包括三种：1、发送端同步激光器发出同步光信号到接收端同步光探测器，双方以此作为同步信号。2、发送端量子光激光器发出量子信号到接收端单光子探测器，双方均在量子信号光信道中对量子光进行调制，该调制信号解调后就是所需的量子密钥原始数据。3、发送端和接收端通过各自内部操作系统上的网络接口实现网络连接，双方的握手信号、数据纠错匹配信号、量子密钥保密放大相关信号等密钥协商信号都是通过网线传输。如图1为传统的QKD数据通信方案。

发明内容

本发明所要解决的技术方案是针对上述现有技术的不足，提供一种量子密钥分配系统的全光纤通信系统及方法。本量子密钥分配系统的全光纤通信系统及本量子密钥分配系统的全光纤通信系统方法能够采用单根光纤通过分时复用的方式来实现量子密钥信号、同步光信号以及密钥协商信号的传输，以达到消除经典网络通信带来的QKD安全性漏洞的目的。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：一种量子密钥分配系统的全光纤通信系统，包括发射端和接收端，其特征在于：

所述发送端包括发送端FPGA、量子光激光器Laser1、同步光和经典信号复用激光器Laser2、发送端操作系统、发送端量子信号调制系统、发送端波分复用器DWDM；

所述接收端包括接收端FPGA、单光子探测器SPD、同步光探测器、接收端量子信号解调系统、接收端波分复用器DWDM、接收端操作系统；

量子光激光器Laser1和同步光和经典信号复用激光器Laser2传输的光频率不相同；

所述量子光激光器Laser1、同步光和经典信号复用激光器Laser2和发送端操作系统分别与发送端FPGA电连接；单光子探测器SPD、同步光探测器和接收端操作系统分别与接收端FPGA电连接；

量子光激光器Laser1用于发送量子密钥信号给发送端量子信号调制系统；发送端量子信号调制系统将量子信号编码后发送给发送端波分复用器DWDM；所述同步光和经典信号复用激光器Laser2以分时复用的方式发送同步光信号和密钥协商信号给发送端波分复用器DWDM；所述发送端波分复用器DWDM将发送端量子信号调制系统发送来的量子光和同步光和经典信号复用激光器Laser2发送来的同步光信号和密钥协商信号加载到一根光纤中并发送给接收端波分复用器DWDM；

接收端波分复用器DWDM将接收到的两种波长的光分成两路光，并将一路光发送给接收端量子信号解调系统，解调后再送入单光子探测器，单光子探测器对量子光进行探测后将探测数据发送给接收端FPGA，形成原始量子密钥；同时接收端波分复用器DWDM将另一路光送入同步光探测器，同步光探测器输出同步信号和密钥协商信号给接收端FPGA；接收端FPGA收到同步信号后，对量子密钥信号做同步。

作为本发明进一步改进的技术方案，同步光探测器通过控制电路来选择性输出同步信号和密钥协商信号给接收端FPGA。