[发明专利]基于芯片CVQKD实际系统中安全漏洞的防御方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于芯片CVQKD实际系统中安全漏洞的防御方法及系统，包括：步骤S1：在芯片CVQKD实际系统运行预设时间后，采集实际调制电压数据及相对应的实际正则位置分量；步骤S2：根据实际调制电压数据计算理论正则位置分量值；步骤S3：训练深度神经网络，得到初始训练后的深度神经网络；步骤S4：利用初始训练后的深度神经网络对高斯随机调制电压的载流子波动值进行预测；步骤S5：利用载流子波动估计值对高斯随机调制电压进行校准，当满足预设要求时，则结束训练；否则，重新获取高斯随机调制电压，重复执行，直至得到训练后的深度神经网络；步骤S6：根据训练后的深度神经网络预测得到的载流子波动值，利用载波子波动值对当前电压进行校准。

技术领域

本发明涉及安全漏洞防御方法技术领域，具体地，涉及一种基于芯片CVQKD实际系统中安全漏洞的防御方法及系统；更为具体地，涉及涉及基于芯片的连续变量量子密钥分发(CVQKD，continuous-variable quantum key distribution)实际系统中集成调制器中载流子波动引入的安全漏洞的防御。

背景技术

在量子密码学领域，量子密钥分发(QKD，quantum key distribution)技术由于其基于量子力学保证的无条件安全性，从而引起了科研者们的广泛关注。量子密钥分发是一项比较成熟的技术，它可以使认证的通信双方Alice和Bob通过一个不安全的量子信道来共享密钥。特别地，这个量子信道可以被潜在的窃听者自由的控制和处理。目前，量子密钥分发系统主要分为离散变量量子密钥分发(DVQKD，discrete-variable quantum keydistribution)系统和连续变量量子密钥分发(CVQKD,continuous-variable quantum keydistribution)系统两大类。与DVQKD系统相比，利用弱相干态和一个平衡零差探测器的CVQKD系统可以很好地与经典的光通信系统兼容。因此对CVQKD系统继续深入地研究，并促进其尽早地商业化是一个迫在眉睫的工作。

基于高斯调制相干态的连续变量量子密钥分发(GMCS CVQKD)是一个著名的方案。最近几年，许多科研小组已经在实验室和现场对该方案进行了实验验证。理论上已经证明，基于高斯调制相干态的连续变量量子密钥分配(CVQKD)协议在集体和相干攻击下具有无条件安全性。其可组合的安全性也已被证明。在实验室中已经验证了可以将安全传输距离增加到100-200多公里的全光纤高斯调制相干状态协议。这意味着CVQKD可能成为构建量子城域通信网络的潜在解决方案。

但是，建立高性能低成本的QKD系统对于建立量子网络仍然至关重要。研究者们发现，在硅基上集成光学组件芯片可以实现稳定，小型化，低成本，且与现有经典光纤通信基础设施非常兼容的CVQKD系统。在过去的几十年中，已经研究了在不同的衬底下，在芯片上实现集成的CVQKD系统。最近，基于高斯调制相干态协议的连续变量量子密钥分法已在基于硅的芯片平台上进行了初步验证，从而为构建低成本，可扩展和便携式的量子通信网络提供潜在的支撑方案。

但是，在实际操作中由于存在一些非完美的缺陷会导致实际器件性能参数等偏离CVQKD协议的理论假设，这会进一步降低实际系统的性能或使实际系统面临潜在的安全性问题。近年来，关于缺陷的研究可能被第三方攻击者Eve用来隐藏攻击和相应的防御策略已经被广泛提出，例如本振光抖动攻击和本振光校准攻击，波长攻击，饱和攻击，有限的采样带宽效应攻击，极化攻击等。然而目前还没有针对基于芯片CVQKD系统的实际安全性问题的研究以及针对该类实际安全性问题的防御策略。目前主流研究的重点还停留在如何在物理上实现基于芯片的CVQKD系统，但是许多实际的安全性问题仍需要同时被认真考虑。例如，芯片CVQKD系统中控制电路的高斯信号不能完全达到理论的高斯性质，硅基集成调制器中所选MOS管的材料性能不能完全相同，并且载流子浓度调制器内部工作的扩散性能不同，等等。这些之前在基于芯片的CVQKD系统中尚未考虑不完善的因素将导致合法通信双方可能错误地估计系统过噪声，从而进一步导致基于芯片的CVQKD系统可能会面临潜在的实际安全性问题。