專利名稱：基于bb84協(xié)議的量子密碼教學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種量子保密通信裝置，尤其是一種基于BB84協(xié)議的量子密碼教學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代密碼學(xué)體系主要基于計(jì)算的單向性，其安全性僅有經(jīng)驗(yàn)保證；量子計(jì)算機(jī)將使快速分解質(zhì)因子算法成為可能，從而現(xiàn)有密碼體系的基礎(chǔ)不復(fù)存在。量子保密通信是不同于經(jīng)典通信的保密通信方式，其具有理論上可被證明的絕對安全性。量子密鑰分發(fā) (Quantum Key Distribution)通過操縱和傳送量子比特(Qubit)的方法，可在兩地之間分發(fā)任意長度的一串相同的隨機(jī)數(shù)，即密鑰；可以使用該隨機(jī)數(shù)對需要傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行加密。 如果采用“一次一密”(One-Time I^ad)的方式加解密經(jīng)典信息，則可以保證傳輸信息的無條件安全。作為絕對安全的通信方式，量子信息的研究得到了業(yè)界廣泛的關(guān)注，并將在未來得到廣泛應(yīng)用。為了使高校在校學(xué)生能熟悉量子通信的主流協(xié)議及掌握量子密鑰分發(fā)的基本原理，有必要研發(fā)一套實(shí)驗(yàn)教學(xué)用的量子密碼教學(xué)系統(tǒng)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠讓學(xué)生動(dòng)手調(diào)試、便于學(xué)生理解和掌握密鑰分發(fā)原理的基于BB84協(xié)議的量子密碼教學(xué)系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案一種基于BB84協(xié)議的量子密碼教學(xué)系統(tǒng)，包括用于發(fā)射量子信號(hào)的量子信號(hào)發(fā)射機(jī)、實(shí)驗(yàn)光路以及用于接收量子信號(hào)的量子信號(hào)接收機(jī)，量子信號(hào)發(fā)射機(jī)和量子信號(hào)接收機(jī)通過實(shí)驗(yàn)光路相連，所述的量子信號(hào)發(fā)射機(jī)包括第一 FPGA控制器和第一、二、三、四激光器，所述的第一 FPGA控制器的信號(hào)輸出端分別與第一、二、三、四激光器相連，第一 FPGA控制器通過接口配置芯片設(shè)置第一 PC機(jī)接口，所述的第一、二、三、四激光器均與實(shí)驗(yàn)光路相連。由上述技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型可以讓學(xué)生親自動(dòng)手通過對實(shí)驗(yàn)光路的調(diào)試， 完成量子密鑰分發(fā)的過程，并通過加密傳輸一副圖片直觀的理解密鑰分發(fā)與實(shí)際有錯(cuò)誤出現(xiàn)的分發(fā)過程，從而掌握量子密鑰分發(fā)的基本原理。學(xué)生可以選擇對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，自己完成原始數(shù)據(jù)到成碼的后處理過程，加深對量子密鑰分發(fā)過程的理解。

圖1是本實(shí)用新型的電路框圖；圖2、3分別是本實(shí)用新型中第一、二主控板的電路框圖。
具體實(shí)施方式
一種基于BB84協(xié)議的量子密碼教學(xué)系統(tǒng)，包括用于發(fā)射量子信號(hào)的量子信號(hào)發(fā)射機(jī)、實(shí)驗(yàn)光路1以及用于接收量子信號(hào)的量子信號(hào)接收機(jī)，量子信號(hào)發(fā)射機(jī)和量子信號(hào)接收機(jī)通過實(shí)驗(yàn)光路1相連，如圖1所示。如圖1、2所示，所述的量子信號(hào)發(fā)射機(jī)包括第一 FPGA控制器2和第一、二、三、四激光器4、5、13、14，所述的第一 FPGA控制器2的信號(hào)輸出端分別與第一、二、三、四激光器 4、5、13、14相連，第一 FPGA控制器2通過接口配置芯片設(shè)置第一 PC機(jī)接口 6，所述的第一、 二、三、四激光器4、5、13、14均與實(shí)驗(yàn)光路1相連。所述的第一 FPGA控制器2焊接封裝在第一主控板9上，所述的第一、二激光器4、5焊接封裝在第一激光板11上，所述的第三、四激光器13、14焊接封裝在第二激光板12上。如圖1、3所示，所述的量子信號(hào)接收機(jī)包括第二 FPGA控制器3和單光子探測器7， 所述的第二 FPGA控制器3的信號(hào)輸入端與單光子探測器7相連，單光子探測器7與實(shí)驗(yàn)光路1相連，第二 FPGA控制器3通過接口配置芯片設(shè)置第二 PC機(jī)接口 8。所述的第二 FPGA 控制器3焊接封裝在第二主控板10上。如圖1、2、3所示，所述的第一 FPGA控制器2與第二 FPGA控制器3相連，所述的第一 FPGA控制器2通過第一 PC機(jī)接口 6與主機(jī)通訊，所述的第二 FPGA控制器3通過第二 PC 機(jī)接口 8與主機(jī)通訊。量子信號(hào)發(fā)射機(jī)的第一主控板9和量子信號(hào)接收機(jī)的第二主控板10 的基本原理都是一樣的，只是第一、二 FPGA控制器2、3的內(nèi)部邏輯有所不同，所以用途也不同第一 FPGA控制器2主要是接收主機(jī)通過第一 PC機(jī)接口 6發(fā)過來的命令，去控制第一、 二激光板11、12，而第二 FPGA控制器3是將單光子探測器7探測到的信號(hào)通過第二 PC機(jī)接口 8傳給主機(jī)。第一 FPGA控制器2的同步信號(hào)輸出端與第二 FPGA控制器3的同步信號(hào)端相連， 第一 FPGA控制器2與第二 FPGA控制器3都主要是完成這些功能信號(hào)的同步、所用數(shù)據(jù)的幀編碼及控制、外部緩沖單元的緩沖和接口配置芯片控制引腳的配置。第一 FPGA控制器2 先要用輸入時(shí)鐘產(chǎn)生同步時(shí)鐘信號(hào)送給量子信號(hào)接收機(jī)，用真隨機(jī)數(shù)芯片產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)去調(diào)制光脈沖，從而控制第一、二激光板11、12的四路激光器——第一、二、三、四激光器4、5、 13、14發(fā)出所需的光子偏振態(tài)。接收方第二 FPGA控制器3需要接收發(fā)射方送過來的同步信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)雙方收發(fā)的同步。接收方幀的編碼結(jié)構(gòu)與發(fā)射方的是不一樣的，但幀格式的定義是相同的，每幀之間都有標(biāo)志位。在工作時(shí)，量子信號(hào)發(fā)射機(jī)的第一主控板9在配套軟件的控制下控制第一、二激光板11、12的四路激光器——第一、二、三、四激光器4、5、13、14發(fā)出激光，再連到實(shí)驗(yàn)光路 1進(jìn)行調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)光路1先使量子信號(hào)發(fā)射機(jī)的出光衰減到單光子量級(jí)，再通過機(jī)械偏振控制器調(diào)節(jié)光的偏振態(tài)，即設(shè)置量子信號(hào)發(fā)射機(jī)和量子信號(hào)接收機(jī)所使用的基矢，經(jīng)過光路后，四路光合束成一路，送給量子信號(hào)接收機(jī)的單光子探測器7。量子信號(hào)接收機(jī)接收到的信號(hào)再通過第二主控板10與主機(jī)交互，可以通過主機(jī)界面觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本實(shí)用新型可以讓學(xué)生親自動(dòng)手通過對實(shí)驗(yàn)光路1的調(diào)試，完成量子密鑰分發(fā)的過程，并通過加密傳輸一副圖片直觀的理解密鑰分發(fā)過程，和密鑰分發(fā)中的錯(cuò)誤對加解密圖片的直觀影響，從而掌握量子密鑰分發(fā)的基本原理。學(xué)生可以選擇對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析， 自己完成原始數(shù)據(jù)到成碼的后處理過程，加深對量子密鑰分發(fā)過程的理解。
權(quán)利要求1.一種基于BB84協(xié)議的量子密碼教學(xué)系統(tǒng)，其特征在于包括用于發(fā)射量子信號(hào)的量子信號(hào)發(fā)射機(jī)、實(shí)驗(yàn)光路(1)以及用于接收量子信號(hào)的量子信號(hào)接收機(jī)，量子信號(hào)發(fā)射機(jī)和量子信號(hào)接收機(jī)通過實(shí)驗(yàn)光路(1)相連，所述的量子信號(hào)發(fā)射機(jī)包括第一 FPGA控制器(2) 和第一、二、三、四激光器(4、5、13、14)，所述的第一 FPGA控制器(2)的信號(hào)輸出端分別與第一、二、三、四激光器(4、5、13、14)相連，第一 FPGA控制器(2)通過接口配置芯片設(shè)置第一 PC機(jī)接口(6)，所述的第一、二、三、四激光器(4、5、13、14)均與實(shí)驗(yàn)光路(1)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于BB84協(xié)議的量子密碼教學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的量子信號(hào)接收機(jī)包括第二 FPGA控制器(3)和單光子探測器(7)，所述的第二 FPGA控制器(3) 的信號(hào)輸入端與單光子探測器(7)相連，單光子探測器(7)與實(shí)驗(yàn)光路(1)相連，第二 FPGA 控制器(3 )通過接口配置芯片設(shè)置第二 PC機(jī)接口( 8 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于BB84協(xié)議的量子密碼教學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的第一FPGA控制器(2 )焊接封裝在第一主控板(9 )上，所述的第一、二激光器(4、5 )焊接封裝在第一激光板(11)上，所述的第三、四激光器(13、14)焊接封裝在第二激光板(12)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于BB84協(xié)議的量子密碼教學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的第二FPGA控制器(3)焊接封裝在第二主控板(10)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于BB84協(xié)議的量子密碼教學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的第一 FPGA控制器(2)與第二 FPGA控制器(3)相連，所述的第一 FPGA控制器(2)通過第一 PC機(jī)接口(6)與主機(jī)通訊，所述的第二 FPGA控制器(3)通過第二 PC機(jī)接口(8)與主機(jī)通訊，第一 FPGA控制器(2)的同步信號(hào)輸出端與第二 FPGA控制器(3)的同步信號(hào)端相連。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于BB84協(xié)議的量子密碼教學(xué)系統(tǒng)，包括用于發(fā)射量子信號(hào)的量子信號(hào)發(fā)射機(jī)、實(shí)驗(yàn)光路以及用于接收量子信號(hào)的量子信號(hào)接收機(jī)，量子信號(hào)發(fā)射機(jī)和量子信號(hào)接收機(jī)通過實(shí)驗(yàn)光路相連，所述的量子信號(hào)發(fā)射機(jī)包括第一FPGA控制器和第一、二、三、四激光器，所述的第一FPGA控制器的信號(hào)輸出端分別與第一、二、三、四激光器相連，第一FPGA控制器通過接口配置芯片設(shè)置第一PC機(jī)接口，所述的第一、二、三、四激光器均與實(shí)驗(yàn)光路相連。本實(shí)用新型可以讓學(xué)生親自動(dòng)手通過對實(shí)驗(yàn)光路的調(diào)試，完成量子密鑰分發(fā)的過程，并通過加密傳輸一副圖片直觀的理解密鑰分發(fā)與實(shí)際有錯(cuò)誤出現(xiàn)的分發(fā)過程，從而掌握量子密鑰分發(fā)的基本原理。
文檔編號(hào)G09B19/00GK201985877SQ20112012246
公開日2011年9月21日 申請日期2011年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月25日
發(fā)明者劉洋, 周雷, 唐世彪, 梁昊, 趙勇, 陳騰云 申請人:安徽量子通信技術(shù)有限公司