一种针对测量设备无关的量子密钥分发系统实际安全性的检测方法及装置

本发明属于量子保密通信，特别涉及一种针对测量设备无关的量子密钥分发系统实际安全性的检测方法及装置。

背景技术：

1、量子密钥分发(qkd)是一种遵循量子力学基本定律的密钥分发技术，在理论上论证了该技术可以为远程的alice和bob提供安全且一致的密钥。

2、在过去的三十年中，qkd技术已经迅速发展和成熟，可以实际部署在商用光纤网络中。在qkd系统中，光子是量子密钥的载体，其中大部分在传输通道中受到散射和吸收。与传统光通信不同，量子信号无法放大，导致接收器的检测概率非常低，阻碍了qkd的远距离部署。因此，实现长距离qkd一直是主要研究重点。幸运的是，测量设备无关的量子密钥分发系统的诞生，不仅在传输距离上创造了一个又一个记录，同时在安全性上也相较于传统的点对点qkd协议有了较大提升。需要引起人们注意的是，在不断突破传输距离极限的实验中，一个关键组件起着至关重要的作用，称为光频率锁定。光学锁频组件需要参考光的辅助，确保alice和bob的波长一致性。因此，标准方法是将参考光置于charlie的控制之下，因为这种光通常是经典的、不受信任的，并且不参与最终编码。charlie使用超稳定的激光制备参考光并将其传输给alice和bob。alice和bob收到参考光后，首先在他们的光和参考光之间执行拍频测量。然后，他们使用压电换能器(pzt)来调整激光源的波长。当调节效率无法匹配参考光的变化时，使用声光调制器(aom)进行快速调整。不难看出，由于参考光是从外部输入到alice和bob的内部,而这可能会损坏安全性密钥的实际安全性。

3、为了验证这种结构对密钥分发系统实际安全性带来的影响，我们提出一种针对测量设备无关的量子密钥分发系统实际安全性的检测方法及装置。

4、cn2022114134805量子保密通信系统光功率限制器的漏洞检测装置及方法，cn2021105983199一种量子密钥分发系统中同步修正漏洞检测方法及装置是本发明人团队的在先工作，但还是属于标准方法，是将参考光置于charlie的控制之下的。

技术实现思路

1、本发明目的是，提供一种针对测量设备无关的量子密钥分发系统实际安全性的检测方法及装置。基于现有技术中alice和bob为了保证彼此的光波长一致，新增了一个合法的入光口用于接收参考光，这是在之前的点对点qkd协议中所不存在的。此外，通过对声光调制器的研究，声光调制器对光造成的损失并未一个固定值，而是随着调频的变化而变化,这种不确定性很可能最终导致安全性密钥变得不再安全。

2、本发明的技术方案，针对量子密钥分发系统安全性的检测方法及装置，尤其是针对测量设备无关的量子密钥分发系统实际安全性的检测方法及装置，基于如下装置：在测量设备无关的连续变量量子保密通信过程中，量子光源由原来的单一制备方变成了两个制备方，即alice和bob，量子测量端由可信端bob变成了不可信的第三方charlie。结构上的调整给了量子保密通信可以免疫针对探测端攻击的能力，同时也对量子光源提出更高的要求，即光波长的一致性。因此，alice和bob除了会使用超稳激光器产生光子光源外，还需要一个参考光作为基准，以此才能保障彼此的光波长一致。需要说明的是，该参考光不参与量子密钥的编码过程，被定义为不可信光源。因而较为常见的方式是将该参考光的激光源放置在不可信的第三方charlie。charlie制备好参考光同时发送给alice和bob。alice和bob通过锁频控制器对比自身激光光源与参考光的差异，分别向自身激光器和第一或第三声光调制器发出调节信息。然而，由于参考光是从外部输入到alice和bob的内部,而这可能会损坏安全密钥的实际安全性。为了验证这种结构对密钥分发系统实际安全性带来的影响，我们提出一种针对测量设备无关的量子密钥分发系统实际安全性的检测方法及装置。如图1所示，其工作模式如下：

3、a)charlie使用第二激光器生产参考光，然后发送给alice和bob；

4、b)检测装置在参考光的公开传播路径上添加一个第二声光调制器，并通过跳频控制器操控第二声光调制器改变参考光的波长；

5、c)参考光通过合法入光口进入alice第一锁频控制器和bob的第二锁频控制器内；

6、d)alice通过拍频的方式鉴别第一激光器的信号光与参考光之间的差异，再依据差异信息向第一激光器和第一声光调制器发出调节信息，使得自身的激光输出激光频率与参考光的频率保持一致或一个固定的差值；

7、e)bob通过拍频的方式鉴别第三激光器的信号光与参考光之间的差异，再依据差异信息向第三激光器和第三声光调制器发出调节信息，使得自身的激光输出激光频率与参考光的频率保持一致或一个固定的差值；

8、f)检测装置在公开的量子信道中检测alice输出的信号光功率，如果光功率大于额定值，则说明被测量子密钥分发系统实际安全性存在设计缺陷；

9、g)检测装置在公开的量子信号检测bob输出的信号光功率，如果光功率大于额定值，则说明被测量子密钥分发系统实际安全性存在设计缺陷；

10、上述a)、b)、c)、d)、e)、f)和g)是在量子保密通信系统运行中进行。

11、a)中第二激光器为超稳激光器；b)中第二声光调制器的可调范围应小于等于第一声光调制器可调范围；c)中的合法入光口是指alice和bob为接收参考光主动开启的入光口；d)中第一激光器的信号光是指在量子密钥分发过程中，alice用于负载编码信息的光脉冲；e)中第三激光器的信号光是指在量子密钥分发过程中，bob用于负载编码信息的光脉冲；f)中的在公开的量子信号检测alice输出的信号光功率是指，检测装置在alice到charlie的公开量子信道上放置第五分束器；将alice的量子光一分二，一部分发送给charlie，一部分进行光功率检测；g)中的在公开的量子信号检测bob输出的信号光功率是指，检测装置在bob到charlie的公开量子信道上放置第四分束器；将bob的量子光一分二，一部分发送给charlie，一部分进行光功率检测。

12、具体的方法如图1所示，其工作模式如下：

13、a)charlie使用第二激光器为超稳激光器，输出标准波长光，然后发送给alice和bob；

14、b)检测装置在参考光的公开传播路径上添加一个第二声光调制器，并通过跳频控制器操控第二声光调制器改变参考光的波长。其中第二声光调制器的可调范围应小于等于第一声光调制器可调范围；

15、c)参考光通过alice和bob为接收参考光主动开启的入光口进入锁频控制器内；

16、d)alice通过拍频的方式鉴别第一激光器的信号光与参考光之间的差异，然后依据差异信息向第一激光器和第一声光调制器发出调节信息。其中信号光是指alice用于负载编码信息的光脉冲；

17、e)bob通过拍频的方式鉴别第三激光器的信号光与参考光之间的差异，然后依据差异信息向第三激光器和第三声光调制器发出调节信息。其中信号光是指bob用于负载编码信息的光脉冲；

18、f)检测装置在alice到charlie的公开量子信道上放置个第五分束器；将alice的量子光一分二，一部分发送给charlie，一部分进行光功率检测。如果光功率大于设计值，则说明被测量子密钥分发系统实际安全性存在设计缺陷；

19、g)检测装置在bob到charlie的公开量子信道上放置个第四分束器；将bob的量子光一分二，一部分发送给charlie，一部分进行光功率检测。如果光功率大于设计值，则说明被测量子密钥分发系统实际安全性存在设计缺陷。

20、f)第一分束器的分束比为50：50；第二分束器的分束比为50：50；第三分束器的分束比为50：50；第四分束器的分束比为50：50；第五分束器的分束比为50：50；。

21、连接方式参考图1