一種cvqkd系統及其散粒噪聲方差的實時監測方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于量子安全通信領域，設及一種CVQKD系統安全通信方法，具體是通過 實時監測散粒噪聲方差，有效抵御Eve對本振光強攻擊，從而提高通信質量。
【背景技術】 陽00引 文獻 1 "P.Jouguet,S.Kunz-Jacques,T.Debuisschert,Opt.Express20, 14030 (2012)."提出E-B模型下的安全性分析方法，此方法忽略了本振光可能會被竊聽 者巧ve)攻擊的情況；本振光被竊聽者攻擊會引起本振光強改變，隨之系統散粒噪聲方差 也會改變；而在系統安全性分析中，系統所有噪聲參數都要歸一化到散粒噪聲方差，當Eve 控制本振光使散粒噪聲方差變小時，實際的系統過噪聲將增大，若合法通信方仍W未被攻 擊時較大的散粒噪聲方差進行歸一化，將會導致合法通信方嚴重低估系統過噪聲，運時Eve 可W通過采用截取重發等攻擊獲取密鑰信息而不被合法通信方發現。 |；000；3]文獻 2 "P.Jouguet,S.Kunz-Jacques,E.Diamanti,PhysicalReview A, 87:062313, 2013."提出了一種散粒噪聲標度技術，該技術首先確定散粒噪聲方差和本振 光強的線性關系，隨后在密鑰分發前，通過功率計或者帶積分電路的二極管在Bob輸入端 檢測本振光強度，推測出用于計算密鑰率的散粒噪聲方差。但運種技術并沒有實時獲得散 粒噪聲方差，只是在密鑰分發之前獲得。當Eve在密鑰分發過程中攻擊本振光時，系統的實 際散粒噪聲方差發生改變，此時散粒噪聲標度技術卻無法獲得改變后的散粒噪聲方差。Eve 可對基于本振光同步檢測的CVQKD系統成功實施攻擊。
[0004] 綜上，研究一種能夠提高CVQ邸系統安全性的方法是很有必要的。

【發明內容】

[0005] 針對上述現有技術中存在的缺陷或不足，本發明的目的在于，提供一種CVQ邸系 統及其散粒噪聲方差的實時監測方法，該方法和系統能夠有效抵御Eve對本振光的攻擊， 從而有效提高CVQKD系統的安全性。
[0006] 為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案予W解決：
[0007] 一種CVQKD系統，包括發送端和接收端，所述接收端包括波分復用器、偏振控制 器、光電轉換器、Bob端內部光路、化modyne檢測器、Bob端控制電路和光電檢測器；其中，所 述Bob端內部光路包括偏振分束器、50/50分束器、相位調制器、法拉第鏡、第一可調光衰減 器、第二可調光衰減器和10/90分束器；
[0008] 所述波分復用器將發送端通過量子信道發送的信號光和時鐘信號分開，信號光 經過偏振控制器進行偏振校正；信號光經過偏振分束器分為量子信號光和本振光；第一可 調光衰減器設置在量子信號光路上，量子信號光進入50/50分束器；第二可調光衰減器和 10/90分束器沿本振光的方向依次設置在本振光路上；經10/90分束器輸出的10%本振光 送至光電檢測器，90%本振光依次通過偏振分束器、相位調制器和法拉第鏡后也進入50/50 分束器，與量子信號光發生干設；50/50分束器的輸出端連接化modyne檢測器出omodyne 檢測器和光電檢測器的輸出端均接入Bob端控制電路。
[0009] 本發明的另一個目的在于，提供一種上述CVQKD系統進行散粒噪聲方差的實時監 測方法，包括步驟1，當化modyne檢測器沒有光進入時，利用化modyne檢測器檢測電噪聲 強度，并計算得到絕對電噪聲方差化/。；
[0010] 其特征在于，還包括如下其他步驟：
[0011] 步驟2,在Bob端內部光路的量子信號光路上增加第一可調光衰減器，第一可調光 衰減器用來調整量子信號光的強度；同時，在Bob端內部光路的本振光路上增加第二可調 光衰減器，第二可調光衰減器用來調整本振光的強度；同時，在Bob端的本振光路加入一個 分光比為10/90分束器，10%本振光送至光電檢測器；90%本振光送至50/50分束器；光電 檢測器的輸出端接入Bob端控制電路；
[0012] 步驟3,將第一可調光衰減器調到最大衰減值，調整第二可調光衰減器，此時本振 光強度町。變化，在本振光強度Pu變化過程中通過Bob控制電路中的數據采集卡采集多個 化modyne檢測器檢測到的電信號強度，并計算得到電信號方差N，同時采集每個電信號方 差N對應的本振光強度P,。;根據每個電信號方差N，通過下式計算其對應的散粒噪聲方差 No： 陽01引輿二Wq+吃。 (1)
[0014] 其中，N為電信號方差；N。為散粒噪聲方差；Up/。為絕對電噪聲方差.
[0015] 步驟4,根據步驟3記錄的多個本振光強度值及多個電信號方差對應的散粒噪聲 方差，得到本振光強度與散粒噪聲方差的線性擬合關系，如圖3所示：
[0016] No=kP Lo+n似
[0017] 其中，為本振光強度值，k為比例關系，n為偏移量。
[0018] 步驟5,將實時采集到的本振光強度值町。代入所述本振光強度與散粒噪聲方差的 線性擬合關系中，得到實時的散粒噪聲方差。
[0019] 進一步的，所述步驟3中所述數據采集卡采用PCI6115數據采集卡。
[0020] 進一步的，所述步驟3中數據采集卡的采集間隔為0. 5地。
[0021] 本發明的方法和系統通過在Bob端加入10/90分束器，將本振光分成10%本振光 和90 %本振光兩部分，并使10 %本振光送至光電檢測器PDB，90 %本振光處理后進入50/50 分束器BS與量子信號光發生干設；然后通過量子信號光路和本振光路上分別設置可調光 衰減器，用于調整量子信號光強度和本振光強度，通過線性擬合得到散粒噪聲方差和本振 光強的線性關系，最終實現對散粒噪聲方差的實時監測，從而有效抵御Eve對本振光強攻 擊。當改變系統本振光強時，散粒噪聲方差會隨之改變，導致密鑰率改變，當密鑰率降為負 值，系統將對合法通信方進行警告，從而提高了通信系統的安全。
【附圖說明】
[0022] 圖1是傳統的CVQKD系統的原理框圖。
[0023] 圖2是本發明的CVQKD系統的原理框圖。
[0024] 圖3散粒噪聲方差與本振光強度的線性擬合。 陽0巧]圖4是本發明的實施例中CVQKD系統的原理框圖。
[00%] 圖5是不同散粒噪聲方差下實際系統密鑰率。
[0027]W下結合附圖和【具體實施方式】對本發明進一步解釋說明。
【具體實施方式】
[0028] 如圖1所示，傳統的CVQKD系統包括發送端和接收端，其中：
[00巧]發送端包括QKD光源、Alice端內部光路（Alicebox)、時鐘同步系統（Sync Laser)與Alice端控制電路、波分復用器CWDM;
[0030] 接收端包括波分復用器CWDM、偏振控制器（PolarizationController)、光電轉換 器（PIN)、Bob端內部光路度obbox)、Homodyne檢測器（HOM)和Bob端控制電路；Bob端 內部光路包括偏振分束器PBS、50/50分束器BS、相位調制器PM、法拉第鏡FM;
[0031] 其中，波分復用器CWDM將信號光和時鐘信號分開，信號光經過偏振控制器進行 偏振校正；信號光經過偏振分束器PBS分為量子信號光Sig和本振光Lo,量子信號光進入 50/50分束器BS，本振光通過偏振分束器PBS、相位調制器PM和法拉第鏡FM后也進入50/50 分束器BS，與量子信號光發生干設，然后進入化modyne檢測器出omodyne檢測器輸出的數 據送入Bob端控制電路。
[0032] 由于傳統的CVQKD系統中通常存在合法通信方嚴重低估系統過噪聲的缺陷（見背 景技術文獻1)或者無法獲得改變后的散粒噪聲方差的缺陷（見【背景技術】文獻2)，因此，本 發明通過對傳統系統的Bob接收端進行改進，能夠實時獲得散粒噪聲方差，從而能夠將其 用于系統安全性分析實時獲知密鑰率，繼而判斷系統的密鑰分發的安全性。
[003引如圖2所示，本發明的CVQKD系統，包括發送端和接收端，其中：
[0034] 發送端與傳統的CVQKD系統相同；
[0035] 接收端包括波分復用器CWDM、偏振控制器（PolarizationController)、光電轉換