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一種抵御致盲攻擊的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:7855239閱讀:246來源:國知局
專利名稱:一種抵御致盲攻擊的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于量子密鑰分發(fā)領(lǐng)域,特別涉及一種抵御致盲攻擊的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)。
背景技術(shù)
量子密鑰分發(fā)具有理論上的無條件安全性,但是由于具體實現(xiàn)過程中,實際器件的非理想性所帯來的技術(shù)漏洞可以被竊聽者利用,比如,利用準單光子源所發(fā)出的脈沖包含多個光子的漏洞實施的光子數(shù)分束攻擊,準確獲知發(fā)送者(Alice)的光源的強度和泊松分布而使得Alice的光源成為非可信光源的攻擊,利用探測器效率失配而實施的偽態(tài)攻擊和時移攻擊,利用光學器件的反射光分析信源的編碼信息的大脈沖攻擊,利用強光操控探 測器的致盲攻擊等等,因而量子密鑰分發(fā)的實際安全性成為目前研究的重要內(nèi)容。致盲攻擊是目前唯一利用現(xiàn)有技術(shù)成功的攻擊了商用量子通信系統(tǒng)的攻擊方案,可以獲得100%的密鑰信息而不被發(fā)現(xiàn),引起了眾多研究者的興趣,相應(yīng)的,防御方案也在不斷的被提出,比如,減小APD內(nèi)部的電阻阻值,選擇合適的比較器閾值,測量光電流、溫度
等參數(shù),還有ー種改進APD提高其安全性的一種技術(shù)-bit-mapped gating等等,總體而
言,目前國際上的研究小組的防御方案都集中在檢測探測器的參數(shù)變化或者如何改進APD這個器件上。圖I為原始的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)示意圖,假設(shè)系統(tǒng)圖代表所有適用于致盲攻擊的系統(tǒng),其中探測器DO響應(yīng)代表“0”,探測器Dl響應(yīng)代表為“I”。此系統(tǒng)在致盲攻擊的情況下不能發(fā)現(xiàn)竊聽者(Eve)的存在。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提出一種抵御致盲攻擊的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)。本系統(tǒng)是在Bob接收端引入不等臂耦合器,使得系統(tǒng)的光學結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,探測器不能同時被致盲,從而發(fā)現(xiàn)致盲攻擊。為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案為
一種抵御致盲攻擊的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng),包括發(fā)送端和接收端,所述發(fā)送端包括產(chǎn)生光子的單光子源SPS及編碼模塊,單光子源SPS發(fā)出的光子經(jīng)編碼模塊編碼;所述接收端包括不等臂耦合器Cl、第一接收端和第二接收端,所述編碼后的光子通過不等臂耦合器Cl分別發(fā)送到第一接收端、第二接收端。所述第一接收端包括第一解碼模塊、第一耦合器Cll和探測器D01、D11,所述不等臂率禹合器Cl的ー輸出端與第一解碼模塊的輸入端連接,第一解碼模塊的輸出端與第一率禹合器Cll的輸入端連接,第一耦合器Cll的輸出端分別與探測器D01、Dll連接;
所述第二接收端包括第二解碼模塊、第二耦合器C12和探測器D02、D12,所述不等臂耦合器Cl的另ー輸出端與第二解碼模塊的輸入端連接,第二解碼模塊的輸出端與第二耦合器C12的輸入端連接,第二耦合器C12的輸出端分別與探測器D02、D12連接;所述第一耦合器Cl I、第二耦合器C12的分束比為1:1。所述不等臂耦合器Cl的分束比為I其中m > 2 P麗…IP-神或m < Paw2/2/^4,式中も胃が是使探測器Dil發(fā)生響應(yīng)的觸發(fā)脈沖的功率下限,iL胃リ2是使探測器Di2不發(fā)生響應(yīng)的觸發(fā)脈7中的功率上限,丨為0或I。所述阻止致盲攻擊的條件為> 2P _y2或ZwPjb響,;1 < Pdwa^i2,其
中式中^-”パ是使探測器Dil發(fā)生響應(yīng)的觸發(fā)脈沖的功率下限,パ是使探測器Di2發(fā)生響應(yīng)的觸發(fā)脈沖的功率上限,其中/為0或I。本發(fā)明又一目的是提出一種抵御致盲攻擊的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng),包括發(fā)送端和接收端,所述發(fā)送端包括產(chǎn)生光子的單光子源及編碼模塊,單光子源SPS發(fā)出的光子經(jīng)編碼模塊編碼;所述接收端包括解碼模塊、等比例耦合器C2、第一不等臂耦合器C21、第二不等臂耦合器C22,探測器D01、D11、D02、D12 ;所述解碼模塊的輸出端與等比例耦合器C2的輸 入端連接,等比例耦合器C2的ー輸出端與第一不等臂耦合器C21的輸入端連接,等比例耦合器C2的另ー輸出端與第二不等臂耦合器C22的輸入端連接,所述第一不等臂耦合器C21分別連接探測器D01、Dll ;第二不等臂耦合器C22分別連接探測器D02、D12。所述第一不等臂耦合器C21、第二不等臂耦合器C22的分束比為l:m,其中 >2 UP-或所<次式中,;.i是使探測器Dil發(fā)生響應(yīng)的觸發(fā)脈沖的功率下限,是使探測器Di2不發(fā)生響應(yīng)的觸發(fā)脈沖的功率上限,^.為0或I。所述阻止致盲攻擊的條件為〃が--di > 26_,32或2〃が_ヮ1 <る _2,其中式中^ ^バ是使探測器Dil發(fā)生響應(yīng)的觸發(fā)脈沖的功率下限,ぞパ是使探測器Di2發(fā)
生響應(yīng)的觸發(fā)脈沖的功率上限,其中/為0或I。有益效果
本發(fā)明通過改變接收端的光學解碼單元的結(jié)構(gòu)來抵御致盲攻擊,本發(fā)明可以有效的抵御致盲攻擊,同時,對原始通信系統(tǒng)的影響很小。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)不意 圖2為本發(fā)明實施例一的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)示意 圖3為本發(fā)明實施例ニ的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)示意 圖4為本發(fā)明實施例三的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式實施例一
如圖2所示,一種抵御致盲攻擊的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng),包括Alice發(fā)送端和Bob接收端,所述Alice發(fā)送端包括產(chǎn)生光子的單光子源SPS及編碼模塊,單光子源發(fā)出的光子信息經(jīng)編碼模塊編碼;所述Bob接收端包括不等臂耦合器Cl、第一接收端Bobl和第二接收端Bob2,所述Alice發(fā)送端中編碼后的光子通過不等臂耦合器Cl分別發(fā)送到第一接收端Bobl、第二接收端Bob2。即單光子源SPS的輸出端與編碼模塊的輸入端連接;編碼模塊的輸出端與不等臂耦合器Cl的輸入端連接,不等臂耦合器Cl的ー輸出端與第一接收端Bobl的輸入端連接,另ー輸出端與第二接收端Bob2的輸入端連接。所述第一接收端Bobl包括第一解碼模塊、第一耦合器Cll和探測器D01、D11,所述不等臂耦合器Cl的ー輸出端與第一解碼模塊的輸入端連接,第一解碼模塊的輸出端與第一耦合器Cll的輸入端連接,第一耦合器Cll的輸出端分別與探測器D01、D11連接;
所述第二接收端Bob2包括第二解碼模塊、第二耦合器C12和探測器D02、D12,所述不等臂耦合器Cl的另ー輸出端與第二解碼模塊的輸入端連接,第二解碼模塊的輸出端與第ニ耦合器C12的輸入端連接,第二耦合器C12的輸出端分別與探測器D02、D12連接;
其中第一耦合器C11、第二耦合器C12的分束比為1:1 ;不等臂耦合器Cl的分束比為
丄其工作原理為,在Alice發(fā)送端,單光子源SPS產(chǎn)生ー個光子,該光子被編碼模塊編碼并攜帯了一個比特的信息。在Bob接收端,通過不等臂耦合器Cl,將光子以不同的概率發(fā)送到第一接收端Bobl、第二接收端Bob2,第一接收端Bobl、第二接收端Bob2與圖I中的系統(tǒng)一致。不等臂耦合器Cl的分束比為I ,則第一接收端Bobl、第二接收端Bob2得到光子的概率分別為V'0 + w)和《/(1 + ),通過第一、第二解碼模塊解碼后,光子可以分別被探測器001、011、002、012探測并記錄來產(chǎn)生密鑰。如果竊聽者Eve采用致盲攻擊,那么致盲光會同時通過兩個接收端(第一接收端Bobl、第二接收端Bob2),被致盲光所引發(fā)的探測器響應(yīng)不同于不存在竊聽者Eve時的單光子所引發(fā)的探測器響應(yīng)。假設(shè)能夠隨意調(diào)整致盲光的功率,并且實施致盲攻擊,包括以下幾種情況
I)沒有探測器被致盲。在這個條件下,< ▲ MindJ ,沒有一個探測器可以被致盲,四個探測器皆會產(chǎn)生ー門ー響應(yīng)的現(xiàn)象,其中私5_是通過探測器Di的光功率,是使探測器Di致盲的光功率閾值,i為01、02、11或12。2)部分探測器被致盲。如果輸入部分探測器的光功率滿足
,i < ^blindJ,那么
部分探測器將會被致盲,并且產(chǎn)生一個控制下的響應(yīng)。其中是通過探測器Di的光功率,巧是使探測器Di致盲的光功率閾值,i為01、02、11或12。3)全部探測器被致盲。如果輸入探測器的光功率都滿足此不等式P— 那么探測器將會全部被致盲。其中是通過探測器Di的光功率,
是使探測器Di致盲的光功率閾值,i為01、02、11或12。以上分析未考慮過觸發(fā)脈沖,如果將觸發(fā)脈沖和致盲光一起考慮的話,對本實施例的系統(tǒng)實施致盲攻擊將會更加困難。在I)和2)這兩種情況下,沒必要考慮觸發(fā)脈沖,因為從探測器響應(yīng)的異常可以獲知致盲攻擊的存在。下面分析第3)種情況。要想成功的實施致盲攻擊,觸發(fā)脈沖的功率不是任意的,它必須滿足如下條件
權(quán)利要求
1.一種抵御致盲攻擊的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng),包括發(fā)送端和接收端,所述發(fā)送端包括產(chǎn)生光子的單光子源SPS及編碼模塊,單光子源SPS發(fā)出的光子信息經(jīng)編碼模塊編碼;其特征在于所述接收端包括不等臂耦合器Cl、第一接收端和第二接收端,所述編碼后的光子信息通過不等臂耦合器Cl分別發(fā)送到第一接收端、第二接收端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述抵御致盲攻擊的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng),其特征在于所述第一接收端包括第一解碼模塊、第一耦合器Cll和探測器D01、D11,所述不等臂耦合器Cl的ー輸出端與第一解碼模塊的輸入端連接,第一解碼模塊的輸出端與第一稱合器Cll的輸入端連接,第一耦合器Cll的輸出端分別與探測器D01、Dll連接; 所述第二接收端包括第二解碼模塊、第二耦合器C12和探測器D02、D12,所述不等臂耦合器Cl的另ー輸出端與第二解碼模塊的輸入端連接,第二解碼模塊的輸出端與第二耦合器C12的輸入端連接,第二耦合器C12的輸出端分別與探測器D02、D12連接; 所述第一耦合器Cl I、第二耦合器C12的分束比為1:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述抵御致盲攻擊的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng),其特征在于所述不等臂稱合器a的分束比為I:應(yīng)’其中屑>2 歷或而<4料2/24_’式中“是使探測器Dil發(fā)生響應(yīng)的觸發(fā)脈沖的功率下限,I^gygyり是使探測器Di2不發(fā)生響應(yīng)的觸發(fā)脈沖的功率上限,/為O或I。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述抵御致盲攻擊的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng),其特征在于所述阻止致盲攻擊的條件為 其中式中^是使探測器DiI發(fā)生響應(yīng)的觸發(fā)脈沖的功率下限,!^p是使探測器Di2發(fā)生響應(yīng)的觸發(fā)脈沖的功率上限,其中Jr為O或I。
5. 一種抵御致盲攻擊的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng),包括發(fā)送端和接收端,所述發(fā)送端包括產(chǎn)生光子的單光子源及編碼模塊,單光子源SPS發(fā)出的光子經(jīng)編碼模塊編碼;其特征在于所述接收端包括解碼模塊、等比例耦合器C2、第一不等臂耦合器C21、第二不等臂耦合器C22,探測器D01、Dll、D02、D12 ;所述解碼模塊的輸出端與等比例耦合器C2的輸入端連接,等比例率禹合器C2的ー輸出端與第一不等臂稱合器C21的輸入端連接,等比例稱合器C2的另ー輸出端與第二不等臂耦合器C22的輸入端連接,所述第一不等臂耦合器C21分別連接探測器DOUDll ;第二不等臂耦合器C22分別連接探測器D02、D12。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述抵御致盲攻擊的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng),其特征在于所述第一不等臂耦合器C21、第二不等臂耦合器C22的分束比為 Pmmパ是使探測器Di2不發(fā)生響應(yīng)的觸發(fā)脈沖的功率上限,,■為0或I。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述抵御致盲攻擊的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng),其特征在于所述阻止致盲攻擊的條件為 4^ > IPmwn^mwM <,其中式中是使探測器Dil發(fā)生響應(yīng)的觸發(fā)脈沖的功率下限,IJlgvr r是使探測器Di2發(fā)生響應(yīng)的觸發(fā)脈沖的功率上限,其中I胃為O或I。
全文摘要
本發(fā)明公開一種抵御致盲攻擊的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng),包括發(fā)送端和接收端,發(fā)送端包括順次連接的產(chǎn)生光子的單光子源及編碼模塊;接收端包括不等臂耦合器、第一接收端和第二接收端,發(fā)送端通過不等臂耦合器將編碼后的光子信息分別發(fā)送到第一接收端、第二接收端。本發(fā)明通過改變接收端的光學解碼單元的結(jié)構(gòu)來抵御致盲攻擊,本發(fā)明可以有效的抵御致盲攻擊,同時,對原始通信系統(tǒng)的影響很小。
文檔編號H04L9/08GK102739395SQ20121022929
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月4日
發(fā)明者劉頌豪, 張智明, 李華锃, 王虹, 王金東, 魏正軍 申請人:華南師范大學
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