技术领域
[0001] 本实用新型涉及商用密码应用与量子密钥分发设备领域，具体涉及一种高效的侧信道无关QKD系统。
相关背景技术
[0002] 量子密钥分发(Quantum Key Distribution，简称QKD)技术基于量子力学基本原理，理论上可以为远程用户提供无条件安全的密钥交换。然而，在实际QKD系统和商用密码应用集成中，由于现实器件并不完美，窃听者可以利用编码维度以外的侧信道，如光子频谱、发射时间、传播方向、空间角动量等来窃取密钥，这给现实QKD系统留下了潜在安全性漏洞。
[0003] 监测设备无关量子密钥分发(MDI‑QKD)协议的提出将QKD系统探测端的安全性漏洞完全关闭，但从源端出射的光子仍然可能遭受侧信道攻击，从而降低现实系统的安全性。之后，一种侧信道无关的QKD协议被提出，该协议不仅可以抵御任何针对QKD系统源端出射光子的侧信道攻击，还继承了MDI‑QKD协议免疫任何针对探测端攻击的特点，具有高安全性等级。
[0004] 侧信道无关量子密钥分发系统是利用单光子干涉，但需要距离非常远的两个用户端Alice和Bob独立产生的相干态在Charlie端进行有效的干涉，实施起来比较困难，导致有效密钥的生成效率较低。
[0005] 因此，需要对现有技术和装置进行改进提出效率更高的侧信道无关量子密钥分发系统。实用新型内容
[0006] 本实用新型为了解决现有的侧信道无关量子密钥分发系统的有效密钥生成效率较低的技术问题，提出了一种高效的侧信道无关QKD系统。
[0007] 为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：
[0008] 一种高效的侧信道无关QKD系统，包括Alice端、Bob端、Charlie端和波分复用模块；其中，
[0009] 所述Alice端包括第一光信号发送模块和第一光信号检测模块；
[0010] 所述Bob端包括第二光信号发送模块和第二光信号检测模块；
[0011] 所述Charlie端包括同步光激光器、信号反馈控制模块和探测模块；
[0012] 所述第一光信号发送模块的输出端与第一光信号检测模块的输入端连接，第二光信号发送模块的输出端与第二光信号检测模块的输入端连接，第一光信号检测模块的输出端、第二光信号检测模块的输出端、探测模块的输出端分别与信号反馈控制模块的输入端连接；第一光信号发送模块的输出端、第二光信号发送模块的输出端还分别通过波分复用模块与探测模块的输入端连接；同步光激光器的输出端通过波分复用模块与信号反馈控制模块的输入端连接。
[0013] 优选的，所述波分复用模块包括第一波分复用器、第二波分复用器、第三波分复用器和第四波分复用器；其中，
[0014] 第一波分复用器与第三波分复用器连接，第二波分复用器与第四波分复用器连接；
[0015] 所述第一光信号发送模块的输出端通过第一波分复用器、第三波分复用器与探测模块的输入端连接，第二光信号发送模块的输出端通过第二波分复用器、第四波分复用器与探测模块的输入端连接，同步光激光器的一输出端通过第一波分复用器、第三波分复用器与信号反馈控制模块的输入端连接，同步光激光器的另一输出端通过第二波分复用器、第四波分复用器与信号反馈控制模块的输入端连接。
[0016] 优选的，所述第一光信号发送模块包括依次连接的第一激光器、第一偏振控制器、第一可调延时器、第一分束器、第一强度调制器和第一衰减器；其中，
[0017] 所述第一激光器的输入端、第一偏振控制器的输入端、第一可调延时器的输入端还分别与信号反馈控制模块的输出端连接，第一分束器的输出端还与第一光信号检测模块的输入端连接，第一衰减器还与第一波分复用器连接。
[0018] 优选的，所述第一光信号发送模块还包括第一量子随机数发生器；所述第一量子随机数发生器的输出端与第一强度调制器的输入端连接。
[0019] 优选的，所述第一可调延时器为高压延时板。
[0020] 优选的，所述第二光信号发送模块包括依次连接的第二激光器、第二偏振控制器、第二可调延时器、第二分束器、第二强度调制器和第二衰减器；其中，
[0021] 所述第二激光器的输入端、第二偏振控制器的输入端、第二可调延时器的输入端还分别与信号反馈控制模块的输出端连接，第二分束器还与第二波分复用器连接。
[0022] 优选的，所述第二光信号发送模块还包括第二量子随机数发生器；所述第二量子随机数发生器的输出端与第二强度调制器的输入端连接。
[0023] 优选的，所述第二可调延时器为高压延时板。
[0024] 优选的，所述探测模块包括第三分束器、第一探测器和第二探测器；
[0025] 所述第一光信号发送模块的输出端通过第一波分复用器、第三波分复用器与第三分束器的输入端连接，第二光信号发送模块的输出端通过第二波分复用器、第四波分复用器与第三分束器的输入端连接，第三分束器的输出端分别与第一探测器的输入端、第二探测器的输入端连接，第一探测器的输出端、第二探测器的输出端分别与信号反馈控制模块的输入端连接。
[0026] 本实用新型有益的技术效果：
[0027] 本实用新型提供了一种高效的侧信道无关QKD系统，Alice端和Bob端分别通过波分复用模块向Charlie端的探测模块发送光信号，同步光激光器通过波分复用模块分别向Alice端和Bob端传输同步光信号，通过第一光信号检测模块、第二光信号检测模块分别对Alice端、Bob端发出的光信号进行实时检测，由检测结果、探测模块的响应情况、同步光信号的到达时间分别触发信号反馈控制模块向第一光信号发送模块、第二光信号发送模块发出相应的控制指令，实现对Alice端和Bob端发送的光信号的波长信息和偏振信息的反馈控制，以保证光信号在Charlie端的干涉现象，显著提升有效密钥的生成，使得密钥生成速率和效率大大提升，提高了量子通信的实际运用性。
[0028] 同时，还通过波分复用模块提高了信道利用率，并且采用了对称结构，可便于扩展成具有更多节点的网络，有利于发展成多用户网络系统。具有结构简单、操作方便、传输稳定、成码率高的特点。
具体实施方式
[0034] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进行进一步详细说明，但本实用新型要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。
[0035] 实施例1
[0036] 如图1所示，一种高效的侧信道无关QKD系统，包括Alice端1、Bob端2、Charlie端3和波分复用模块4；其中，
[0037] 所述Alice端1包括第一光信号发送模块11和第一光信号检测模块12；
[0038] 所述Bob端2包括第二光信号发送模块21和第二光信号检测模块22；
[0039] 所述Charlie端3包括同步光激光器301、信号反馈控制模块302和探测模块；
[0040] 所述第一光信号发送模块11、第二光信号发送模块21分别用于发出光信号，光信号通过波分复用模块4传输到探测模块进行干涉，并由探测模块根据干涉结果进行响应；
[0041] 所述第一光信号检测模块12用于实时检测第一光信号发送模块11发出的光信号的波长信息和偏振信息；
[0042] 所述第二光信号检测模块22用于实时检测第二光信号发送模块21发出的光信号的波长信息和偏振信息；
[0043] 所述同步光激光器301用于发出同步光信号，同步光信号通过波分复用模块4分别向Alice端1、Bob端2传输，并由信号反馈控制模块302记录同步光信号到达Alice端1、Bob端2的时间；
[0044] 第一光信号检测模块12和第二光信号检测模块22的检测结果、探测模块的响应情况、同步光信号的到达时间分别触发信号反馈控制模块302向第一光信号发送模块11、第二光信号发送模块21发出相应的控制指令，实现对Alice端1和Bob端2发送的光信号的波长信息和偏振信息的反馈控制，以保证光信号在Charlie端3的干涉现象；
[0045] 所述第一光信号发送模块11的输出端与第一光信号检测模块12的输入端连接，第二光信号发送模块21的输出端与第二光信号检测模块22的输入端连接，第一光信号检测模块12的输出端、第二光信号检测模块22的输出端、探测模块的输出端分别与信号反馈控制模块302的输入端连接；第一光信号发送模块11的输出端、第二光信号发送模块21的输出端还分别通过波分复用模块4与探测模块的输入端连接；同步光激光器301的输出端通过波分复用模块4与信号反馈控制模块302的输入端连接。
[0046] 实施例2
[0047] 更具体的，如图2所示，所述波分复用模块4包括第一波分复用器401、第二波分复用器402、第三波分复用器403和第四波分复用器404；其中，
[0048] 第一波分复用器401与第三波分复用器403连接，第二波分复用器402与第四波分复用器404连接；
[0049] 所述第一光信号发送模块11的输出端通过第一波分复用器401、第三波分复用器403与探测模块的输入端连接，第二光信号发送模块21的输出端通过第二波分复用器402、第四波分复用器404与探测模块的输入端连接，同步光激光器301的一输出端通过第一波分复用器401、第三波分复用器403与信号反馈控制模块302的输入端连接，同步光激光器301的另一输出端通过第二波分复用器402、第四波分复用器404与信号反馈控制模块302的输入端连接。
[0050] 更具体的，如图3所示，所述第一光信号发送模块11包括依次连接的第一激光器101、第一偏振控制器102、第一可调延时器103、第一分束器104、第一强度调制器105和第一衰减器106；其中，
[0051] 所述第一激光器101的输入端、第一偏振控制器102的输入端、第一可调延时器103的输入端还分别与信号反馈控制模块302的输出端连接，第一分束器104的输出端还与第一光信号检测模块12的输入端连接，第一衰减器106还与第一波分复用器401连接。
[0052] 更具体的，所述第一光信号发送模块11还包括第一量子随机数发生器107；所述第一量子随机数发生器107的输出端与第一强度调制器105的输入端连接。
[0053] 所述第一激光器101用于发出光信号，并根据信号反馈控制模块302的控制指令调整发出的光信号的波长信息，实现Alice端1和Bob端2发出的光信号波长信息一致，以保证干涉现象；
[0054] 所述第一偏振控制器102用于对第一激光器101发出的光信号进行偏振控制，并根据信号反馈控制模块302的控制指令调整发出的光信号的偏振信息，实现Alice端1和Bob端2发出的光信号偏振信息误差在预设的范围内，以保证干涉现象；
[0055] 所述第一可调延时器103用于调节Alice端1发送光信号的时间，并根据信号反馈控制模块302的控制指令调整光信号的发送时间，实现对Alice端1和Bob端2发送光信号的时间差补偿，以保证干涉现象；
[0056] 所述第一分束器104用于将第一偏振控制器102输出的光信号分成两束，其中一束传输到第一光信号检测模块12，另一束依次经过第一强度调制器105、第一衰减器106和波分复用模块4后到达Charlie端3；
[0057] 所述第一量子随机数发生器107用于产生随机数；
[0058] 所述第一强度调制器105用于根据第一量子随机数发生器107产生的随机数对光信号随机进行真空态和相干态的调制；
[0059] 所述第一衰减器106用于将光信号的光强降低到单光子水平。
[0060] 更具体的，所述第一可调延时器103为高压延时板。
[0061] 更具体的，如图4所示，所述第二光信号发送模块21包括依次连接的第二激光器201、第二偏振控制器202、第二可调延时器203、第二分束器204、第二强度调制器205和第二衰减器206；其中，
[0062] 所述第二激光器201的输入端、第二偏振控制器202的输入端、第二可调延时器203的输入端还分别与信号反馈控制模块302的输出端连接，第二分束器204还与第二波分复用器402连接。
[0063] 更具体的，所述第二光信号发送模块21还包括第二量子随机数发生器207；所述第二量子随机数发生器207的输出端与第二强度调制器205的输入端连接。
[0064] 所述第二激光器201用于发出光信号，并根据信号反馈控制模块302的控制指令调整发出的光信号的波长信息，实现Alice端1和Bob端2发出的光信号波长信息一致，以保证干涉现象；
[0065] 所述第二偏振控制器202用于对第二激光器201发出的光信号进行偏振控制，并根据信号反馈控制模块302的控制指令调整发出的光信号的偏振信息，实现Alice端1和Bob端2发出的光信号偏振信息误差在预设的范围内，以保证干涉现象；
[0066] 所述第二可调延时器203用于调节Bob端2发送光信号的时间，并根据信号反馈控制模块302的控制指令调整光信号的发送时间，实现对Alice端1和Bob端2发送光信号的时间差补偿，以保证干涉现象；
[0067] 所述第二分束器204用于将第二偏振控制器202输出的光信号分成两束，其中一束传输到第二光信号检测模块22，另一束依次经过第二强度调制器205、第二衰减器206和波分复用模块4后到达Charlie端3；
[0068] 所述第二量子随机数发生器207用于产生随机数；
[0069] 所述第二强度调制器205用于根据第二量子随机数发生器207产生的随机数对光信号随机进行真空态和相干态的调制；
[0070] 所述第二衰减器206用于将光信号的光强降低到单光子水平。
[0071] 更具体的，所述第二可调延时器203为高压延时板。
[0072] 更具体的，所述探测模块包括第三分束器303、第一探测器304和第二探测器305；
[0073] 所述Alice端1和Bob端2发出的光信号分别经过波分复用模块4传输到第三分束器303进行干涉，由第一探测器304和第二探测器305根据干涉结果分别作出响应；
[0074] 所述第一光信号发送模块11的输出端通过第一波分复用器401、第三波分复用器403与第三分束器303的输入端连接，第二光信号发送模块21的输出端通过第二波分复用器
402、第四波分复用器404与第三分束器303的输入端连接，第三分束器303的输出端分别与第一探测器304的输入端、第二探测器305的输入端连接，第一探测器304的输出端、第二探测器305的输出端分别与信号反馈控制模块302的输入端连接。
[0075] 根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便，并不对本实用新型构成任何限制。
