[发明专利]一种在量子密钥分发系统中抵御设备校准攻击的方法

说明书

本发明公开了一种在量子密钥分发系统中抵御设备校准攻击的方法，其包括以下步骤：1)完成参数标定系统的搭建；2)在安全区域，产生参数标定光；3)在安全区域，待参数标定的接收方探测系统完成关键参数测量；4)接收方探测系统安全参数计算；5)设定安全阈值DeltaAllowRange；6)在外场区域，产生参数标定光；7)在外场区域，接收方完成探测器关键参数测量并判定或校准。本发明的优点在于：仅通过必要的设备参数标定及系统在线检测的方式即可实现抵御设备校准攻击的功能，且通过在接收方内部安全区域增加内置校准光源和耦合元件，考虑具体不同情况的校准标定，可更为全面的消除实际系统不稳定带来的影响。

技术领域

本发明涉及实际量子密钥分发技术领域中的一种抵御设备校准攻击的方法，具体是一种在量子密钥分发(QKD)系统中抵御设备校准攻击的方法。

背景技术

基于单光子量子态进行信息论安全的QKD量子密钥分发设备，由于接收方光信号非常弱，为减少噪声干扰和半导体探测器响应延迟导致的后脉冲干扰，通常采用门控型单光子探测器，当有门控信号时，半导体探测器响应有效，门控信号外，半导体探测器响应无效化。

例如，如图1所示，以100MHz的发光脉冲频率为例，探测端门控信号也是100MHz，光信号脉冲和门控信号间隔固定为10ns。每个脉冲宽度一般为100ps，在探测器端10ns的探测周期中，其中门控信号有效持续时间200ps，那么在门控信号无效的剩下9ns+800ps中的噪声和后脉冲干扰可以被滤除，降低了98％的干扰可能性，从而使得单光子探测更有效率，也更准确。

为使得探测效率最大化，一般采用控制门控信号以10ps精度延时进行移动的方式，找到其和光脉冲信号对准的位置，使得探测端能够最大程度的接收到光脉冲信号，达到探测计数最大。即移动门控信号延时位置，当探测计数与延时位置的曲线达到峰值，即探测计数最大时，门控信号和光脉冲信号即对准。

实际QKD系统中，根据方案不同，探测端的探测器个数也不相同。以基于BB84协议的偏振编码系统为例，如图2所示，探测端会有4个探测器，分别对应HVPN4种不同的偏振态光的探测。探测端光脉冲从左边输入，经过光纤、分束器，等分成4等份分别到达HVPN4路探测器。

由于从光脉冲输入口到4路探测器的光纤长短可能存在不一致，因此到达4路探测器的光信号也就存在不同的延时差。为使得4路单光子探测器的探测效率都达到最大化，会在发光端先后发送完全同步的HVPN四种信号光，同步指的是：在发光端出口和光纤链路上，HVPN光脉冲位置是完全重合的，在探测器端光脉冲输入口也是完全重合的，之后的差异只会体现在探测器端光脉冲输入口到4路单光子探测器，经过几十公里的光纤传输，到达探测端时分别对HVPN每一路单独进行门控信号和入射光脉冲信号的延时校准，使得门控信号刚好覆盖光脉冲波形，此时探测计数与延时位置的曲线达到峰值，即探测计数最大，该过程也被称为“延时扫描”。

针对以上4路探测器的校准过程，存在专门针对此过程的“设备校准攻击”方式。

设备校准攻击(device calibration attack)是在量子密钥分发系统(QKD)进行系统校准过程中对探测器进行攻击，引入探测器效率不匹配的漏洞，为基于探测器效率不一致的攻击(如time-shift attack)等攻击手段提供可以攻击的漏洞。如参考文献：JainN,Wittmann C,Lydersen L,et al.Device calibration impacts security of quantumkey distribution.Physical Review Letters,2011,107(11):110501。