单态半量子密钥分发系统和方法

本发明涉及量子保密通信，尤其涉及一种单态半量子密钥分发系统和方法。

背景技术：

1、目前，随着计算机和互联网在通信领域中的使用，对于通信数据的加密要求也在逐渐提升，在数据加密的手段中，一些依赖于计算的复杂度的加密手段依然存在一定的被破译的可能，而量子密码技术则基于海森堡测不准原理和未知量子态不可克隆原理，可以做到在理论上满足“一次一密”加密系统的要求，具有理论上的无条件安全性。

2、在目前的半量子密钥分发实现方法中，有运用镜像协议的时间相位编码半量子密钥分发的实现方法，但该方法光子利用率较低，且由于光纤中双折射效应的存在，对通讯性能有一定影响。而单态半量子密钥分发的实现方法在设计方面存在一定的缺陷，需要接收端根据测量光子得到的结果重新生成新的光子并发送至发送端，不仅操作较为复杂，而且存在受到标记攻击导致信息泄露的安全隐患，因此当前的实现方法由于自身不够安全，难以具备实际应用的可行性。

技术实现思路

1、本发明提供一种单态半量子密钥分发系统和方法，能够有效提高系统性能和稳定性。

2、第一方面，提供了一种单态半量子密钥分发系统，所述单态半量子密钥分发系统包括发送端和接收端，所述发送端包括信号光单元、光传输单元、非等臂干涉仪单元、第一相位调制器单元和探测器单元，所述信号光单元、所述光传输单元、所述非等臂干涉仪单元和所述第一相位调制器单元依次连接，所述探测器单元与所述光传输单元、所述非等臂干涉仪单元连接；所述接收端包括第二相位调制器单元和反射单元；

3、所述信号光单元用于产生光脉冲；

4、所述光传输单元用于传输所述信号光单元与所述非等臂干涉仪单元之间的光脉冲；

5、所述非等臂干涉仪单元用于对光脉冲进行分束处理，得到两个子脉冲信号，向所述第一相位调制器单元发送两个所述子脉冲，两个所述子脉冲包括第一子脉冲和第二子脉冲；

6、所述第一相位调制器单元用于对正向接收的第二子脉冲进行调制，得到需要的量子态，并向接收端传输；

7、所述第二相位调制器单元用于选择性调制接收到的第二子脉冲，并向所述反射单元传输；

8、所述反射单元用于将所述第二子脉冲反射至所述发送端；

9、所述第一相位调制器单元还用于对反向接收的第一子脉冲进行选择性调制，并向所述非等臂干涉仪单元传输；

10、所述非等臂干涉仪单元还用于实现所述第一子脉冲和所述接收端反射的第二子脉冲的干涉；

11、所述探测器单元用于探测得到两个所述子脉冲的干涉结果。

12、第二方面，提供了一种单态半量子密钥分发方法，应用于单态半量子密钥分发系统，所述方法包括：

13、所述信号光单元生成光脉冲，并经由所述光传输单元传输至所述非等臂干涉仪单元；

14、所述非等臂干涉仪单元对接收的光脉冲进行分束处理，得到两个子脉冲，并向所述第一相位调制器单元发送两个所述子脉冲，两个所述子脉冲包括第一子脉冲和第二子脉冲；

15、所述第一相位调制器单元对正向接收的第二子脉冲进行调制，得到需要的量子态，并向接收端传输；

16、所述第二相位调制器单元选择性调制接收到的第二子脉冲，并向所述反射单元传输，所述反射单元将所述第二子脉冲反射至所述发送端；

17、所述第一相位调制器单元对反向接收的第一子脉冲进行选择性调制，并向所述非等臂干涉仪单元传输，所述第一子脉冲和所述接收端反射的第二子脉冲在所述非等臂干涉仪单元发生干涉；

18、所述探测器单元探测两个子脉冲的干涉结果；

19、根据所述探测结果、所述第一相位调制器单元对反向接收的第一子脉冲的处理和所述第二相位调制器单元对第二子脉冲的处理，得到安全密钥。

20、第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述单态半量子密钥分发方法的步骤。

21、上述单态半量子密钥分发系统和方法所实现的方案中，发送端包括信号光单元、光传输单元、非等臂干涉仪单元、第一相位调制器单元和探测器单元，接收端包括第二相位调制器单元和反射单元；信号光单元生成光脉冲，并经由光传输单元传输至所述非等臂干涉仪单元；非等臂干涉仪单元对接收的光脉冲进行分束处理，得到两个子脉冲，并向第一相位调制器单元发送两个子脉冲，两个子脉冲包括第一子脉冲和第二子脉冲；第一相位调制器单元对正向接收的第二子脉冲进行调制，得到需要的量子态，并向接收端传输；第二相位调制器单元选择性调制接收到的第二子脉冲，并向反射单元传输，反射单元将第二子脉冲反射至发送端；第一相位调制器单元对反向接收的第一子脉冲进行选择性调制，并向非等臂干涉仪单元传输，第一子脉冲和接收端反射的第二子脉冲在非等臂干涉仪单元发生干涉；探测器单元探测两个子脉冲的干涉结果；根据探测结果、第一相位调制器单元对反向接收的第一子脉冲的处理和第二相位调制器单元对第二子脉冲的处理，得到安全密钥，通过采用选择性调制的方式实现单态半量子密钥分发协议，使得系统更加稳定，由于接收端通过反射单元反射第二子脉冲，因此可以不用依靠接收端重新制造新的光脉冲发送给发送端，而是将加载电压处理后的原光脉冲发送给发送端，简化了操作，同时可以避免在制造新的光脉冲的过程中，遭到标记攻击导致泄漏信息的安全问题，提升了系统的安全性和实际应用的可行性。

技术特征：

1.一种单态半量子密钥分发系统，其特征在于，包括发送端和接收端，所述发送端包括信号光单元、光传输单元、非等臂干涉仪单元、第一相位调制器单元和探测器单元，所述信号光单元、所述光传输单元、所述非等臂干涉仪单元和所述第一相位调制器单元依次连接，所述探测器单元与所述光传输单元、所述非等臂干涉仪单元连接；所述接收端包括第二相位调制器单元和反射单元；

2.根据权利要求1所述的单态半量子密钥分发系统，其特征在于，所述信号光单元包括依次连接的激光器、光隔离器和光衰减器，所述光衰减器与所述光传输单元连接；所述信号光单元用于将产生的信号光调节到需要的强度。

3.根据权利要求1所述的单态半量子密钥分发系统，其特征在于，所述光传输单元包括光环形器，所述光环形器与所述信号光单元和所述非等臂干涉仪连接；所述光环形器能够传输所述信号光单元与所述非等臂干涉仪之间的信号光。

4.根据权利要求3所述的单态半量子密钥分发系统，其特征在于，所述非等臂干涉仪单元包括依次连接的保偏光纤分束器和保偏偏振分束器。

5.根据权利要求1所述的单态半量子密钥分发系统，其特征在于，所述探测器单元包括第一单光子探测器和第二单光子探测器，所述第一单光子探测器和所述非等臂干涉仪连接，所述第二单光子探测器和所述光传输单元连接。

6.根据权利要求1所述的单态半量子密钥分发系统，其特征在于，所述第二相位调制器单元用于选择对接收的光脉冲进行加载电压处理或者不对光脉冲加载电压；

7.根据权利要求1所述的单态半量子密钥分发系统，其特征在于，所述反射单元为法拉第反射镜单元或包括萨格纳克干涉环的类法拉第结构。

8.根据权利要求1所述的单态半量子密钥分发系统，其特征在于，所述第一相位调制器单元包括两个相位调制器。

9.一种单态半量子密钥分发方法，其特征在于，基于权利要求1至8任一项所述的单态半量子密钥分发系统，所述方法包括：

10.根据权利要求9所述的单态半量子密钥分发方法，其特征在于，所述第二相位调制器单元选择性调制接收到的第二子脉冲，包括：

技术总结
本发明涉及量子保密通信技术领域，公开了一种单态半量子密钥分发系统和方法，系统的发送端包括信号光单元、光传输单元、非等臂干涉仪单元、第一相位调制器单元和探测器单元，接收端包括第二相位调制器单元和反射单元，单态半量子密钥分发系统和方法通过信号光单元生成光脉冲，通过采用选择性调制的方式实现单态半量子密钥分发协议，使得系统更加稳定，由于接收端通过反射单元反射第二子脉冲，因此可以不用依靠接收端重新制造新的光脉冲发送给发送端，而是将加载电压处理后的原光脉冲发送给发送端，简化了操作，同时可以避免在制造新的光脉冲的过程中，遭到标记攻击导致泄漏信息的安全问题，提升了系统的安全性和实际应用的可行性。

技术研发人员：王金东,侯钦城,黄偲颖,董双,於亚飞,魏正军,赵天明
受保护的技术使用者：华南师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/13