[实用新型]一种基于COW协议的QKD系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及量子通信领域，尤其涉及量子密钥分发技术领域，具体涉及一种基于COW协议的QKD系统。

背景技术

保密通信是在发送端对所传输信息源的码流进行加密，在接收方进行解密认证，以防止信息被干扰或窃听的通信系统，可以保证通信双方所传输信息的安全性和完整性。目前保密通信普遍采用了RSA公钥体制，这种公钥体制的安全性是由算法的复杂性和计算机计算能力的有限性来保证的。现代不断提高的数学计算能力以及快速发展量子计算机一直威胁着现有的RSA公钥体制的安全性。量子密钥分发(QKD)作为一种可靠的密钥分发体制，其安全性是由量子力学中的海森堡测不准原理及不可克隆定理等量子特性来保证，结合一次一密的加密方法，就能够保证通信的绝对安全。

量子密钥分发(QKD)系统是基于一定的光学结构，并按照一定的协议工作的通信系统，其中协议是QKD系统的基础，其它的光学结构、电子学设计都是为实现协议而服务。自1984年提出第一个协议以来，寻找一种简单、高效的密钥分发协议一直是QKD重点研究内容，经过三十多年的发展，已提出了BB84协议、B92协议、E91协议、差分相位协议等多种QKD协议，其中BB84协议是最著名的协议，也是QKD系统应用最为广泛的协议，但由于BB84协议依赖于测量基的匹配来获得密码比特，协议效率不高。2005年提出的相干单向QKD方案(COW协议)，不存在基匹配问题，协议效率高，且光学结构简单，在满足实用性需求方面显示出很大的优势，成为近年来研究的热点之一。

COW协议利用了任意一对相邻脉冲串之间的相干性来检测是否存在窃听者，相邻脉冲的相位稳定是实现相干性检测的基础，因此传统的基于COW协议的QKD系统内部需要采用窄线宽激光器发连续光、强 度调制器产生脉冲光的方式来保证前后两个相邻脉冲相位的稳定性，窄线宽连续激光器价格昂贵、成本高、难以大规模推广应用；另外，强度调制器正常工作时需要有高速电信号驱动，而且要求驱动电信号幅度要达到它的半波电压Vπ，在高速电子学领域，速度越高、幅度越大，电脉冲产生越困难，因此产生标准的高速驱动电信对电子学提出了很高的要求，而且强度调制器受温度变化非常敏感，需要额外的反馈控制系统来补偿器件自身的温漂，增加系统的复杂程度；同时，传统的基于COW协议中采用激光器和强度调制器一起使用时难以集成、小型化，限制了其应用。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于COW协议的QKD系统，基于COW协议进行编解码，消除了基匹配问题，协议效率高，且光学结构简单。

一种基于COW协议的QKD系统，包括通过量子密钥分发信道连接的量子密钥编码端和量子密钥解码端，所述量子密钥编码端包括相位调制光源，所述相位调制光源基于COW协议编码光信号以经由量子密钥分发信道向量子密钥解码端输出双脉冲序列信号光。

相位调制光源为一种在光源内部直接进行光脉冲相位调制的光源，具体包括三个端口的光纤环形器，三个端口依次分布为第一端口、第二端口和第三端口，其中，第一端口和第二端口分别连接有相位制备激光器和脉冲产生激光器，相位制备激光器产生的长脉冲输入第一端口并从第二端口注入至脉冲产生激光器以调制脉冲产生激光器的输出的两个短脉冲(相对于相位制备激光器的输出脉冲而言)形成双脉冲序列信号光(即脉冲对序列)，并经过第三端口输出。

本实用新型中采用相位调制光源代替现有基于COW协议的QKD系统中的窄线宽连续激光器，大大降低了制备成本，且容易集成，有利于向小型化发展。

由于量子密钥分发过程中，所采用的光信号都在单光子级别，因此，所述量子密钥编码端还包括光衰减器，用于将相位调制光源输出的双脉 冲序列信号光衰减至单光子级别后再输出至量子密钥解码端。

所述相位调制光源包括相位制备激光器和脉冲产生激光器；

相位制备激光器产生长脉冲注入至脉冲产生激光器；脉冲产生激光器在所述长脉冲注入的每个周期内都产生一个双脉冲序列信号光。

双脉冲序列信号光根据其前后两个脉冲的强度时间分布，分为三种信号态：

代表逻辑0的第一信号态；

代表逻辑1的第二信号态；

代表诱骗态的第三信号态。

针对双脉冲序列信号光中任意一个脉冲，若该脉冲有光，则认为该脉冲为平均光子数为μ的相干态脉冲；若该脉冲不发光(即平均光子数为零或近似为零)，则认为该脉冲为真空态脉冲。