[发明专利]基于偏振和相位同时编码的量子身份认证系统

权利要求书

1.基于偏振和相位同时编码的量子身份认证系统，其特征在于包括：脉冲激光光源（1）和沿脉冲激光光源（1）照射方向依次设置的衰减片组（2）、扩束镜（3）、矢量光场生成系统（4）、分光棱镜（5），沿分光棱镜（5）的直射光方向放置光学PUF钥匙（6），沿分光棱镜（5）的折射光方向设置有相机（7）；所述脉冲激光光源（1），用于发出光脉冲；所述衰减片组（2），用于对光脉冲能量衰减；所述矢量光场生成系统（4），用于对弱相干光同时进行相位和偏振编码；所述相机（7），用于对散斑成像；

所述矢量光场生成系统（4）的具体构成包括：

空间光调制器（8），用于对扩束后的弱相干光进行随机相位编码，并分为两束沿不同方向传播的两束；

等焦距的透镜一（9）和透镜二（11），组成4f透镜系统，两个透镜同轴共焦；其中透镜一（9）的一个焦点位于空间光调制器（8）处；

空间滤波器（10），设置于透镜一（9）和透镜二（11）之间，位于透镜一（9）的另一焦点处，即透镜一（9）和透镜二（11）共有的焦点处；所述空间滤波器（10）上设置有两个小孔（13、14），其中一个小孔上装有半波片或四分之一波片，所述两个小孔（13、14）用于将通过两束光变为正交的偏振态；

光栅（12），用于将两束被调制过的正交偏振光合束与重构，合束后的光即为经过了偏振和相位双重调制的高维量子光；

所述量子身份认证系统在实施时包括注册和认证两个过程，其中：

注册时，脉冲激光光源（1）发出的光脉冲经过衰减片组（2）后被衰减，得到弱相干光光束；该弱相干光经过扩束镜（3）后被扩束，扩束后经过编码后的光是一种高维量子光，高维量子光经过矢量光生成系统（4）进行偏振和相位的编码；将编码后的光照射到光学PUF钥匙（6）上产生散射，散射光经过分光棱镜（5）反射后照射到相机（7）上，使用相机（7）采集散斑图样；通过随机改变矢量光生成系统（4）对光的编码方式，并使用相机（7）记录对应的散斑，组成激励-响应对，并存储形成激励-响应对数据库，完成对光学PUF钥匙（6）的注册过程；注册后的光学PUF钥匙（6）分发给用户，用户使用分发的光学PUF钥匙（6）进行身份认证；在衰减过程中，经过衰减片组（2）衰减后得到的弱相干光中单个脉冲的光子数远小于矢量光场生成系统（4）独立调节的自由度数目；

用户使用光学PUF钥匙（6）进行认证时，在激励-响应对数据库中随机挑选激励加载到矢量光生成系统（4）上，光照射到PUF钥匙（6）上产生散斑，使用相机（7）采集散斑，再将采集到的该散斑与挑选的激励-响应对中的散斑进行对比，如果该散斑与储存的激励-响应对一致，则身份认证通过，如果不一致，则身份认证失败。

2.如权利要求1所述的基于偏振和相位同时编码的量子身份认证系统，其特征在于：所述分光棱镜（5）是1:1的分光棱镜。