量子密钥分配的制作方法
【专利说明】量子密钥分配
[0001 ] 本公开涉及通信，并且更具体地涉及在通信中使用的量子密钥分配。
[0002]可以在两个或更多设备，诸如固定和/或移动通信设备、诸如基站的接入点设备、服务器、机器类型的设备等，之间提供通信链路。通信可以在固定或无线连接上发生。
[0003]可能需要保护在通信设备之间的传输的安全。典型地依赖于在互联网或其它网络上的安全交易的应用的示例包含:银行业务、购物、电子邮件、企业通信、云计算等。此类通信可能对攻击是无防范的，以及安全问题已经越来越多地成为话题。在各种设备之间传送的敏感信息的量正在增加。此外，要求安全通信的新应用正在出现。因此，电信信道的安全性正变得越来越重要。
[0004]与通信链路相关联的诸如个人计算机、服务器和其它设备的设备在传统上主要是固定的以及通过电缆和/或光纤来连接。然而，通过无线接口通信的移动设备的数量正在增加。这可以增加对安全性的威胁。
[0005]用于保护数据的当前方法基于密码学方案，该密码学方案依赖于用于求解某些类数学问题的计算困难度。然而，随着计算机在求解问题中变得更加强大，需要相应地增加加密的复杂度。借助于量子密钥分配(QKD)的加密被认为是用于提供安全性的在数学上安全的方式，其中信任可以被放在物理定律上而不是增加的复杂度和计算能力。QKD基于使用光子检测器。这些光子检测器的效率依赖于所接收的光信号的波长。
[0006]注意的是，本文所讨论的问题不局限于任何特定的通信环境和装置，而是可以在针对基于QKD的通信提供安全的任何情景中发生。
[0007]本发明的实施例旨在解决以上问题中的一个或若干问题。
[0008]依照一个实施例，提供了一种方法，所述方法包括:生成用于携带依照量子密钥分配方案的编码信息的光信号，所述光信号具有波长，以及在传输所述光信号之前改变所述光信号的所述波长。
[0009]依照一个实施例，提供了一种方法，所述方法包括:接收载有依照量子密钥分配方案的编码信息的光信号，其中在传输所述光信号之前已经改变了所述光信号的波长，以及借助于在所改变的波长中操作的检测器装置来解码所述信息。
[0010]依照一个实施例，提供了一种装置，所述装置被配置为:生成用于携带依照量子密钥分配方案的编码信息的光信号，所述光信号具有波长，以及在传输所述光信号之前改变所述光信号的所述波长。
[0011]依照一个实施例，提供了一种装置，所述装置被配置为:接收载有依照量子密钥分配方案的编码信息的光信号，其中在传输所述光信号之前已经改变了所述光信号的波长，以及借助于在所改变的波长中操作的检测器装置来解码所述信息。
[0012]依照更多详细的实施例，可以缩短或加长所述波长。可以由二次或三次谐波产生或泵浦光束(pump-beam)辅助的上转换来提供所述改变。还可以通过穿过非线性晶体或堆叠的交叉偏振晶体来馈送所述光信号。还可以在传输之前对所改变的信号进行滤波和/或衰减。
[0013]所述量子密钥分配方案可以包括:基于微弱脉冲的量子密钥分配。在所述光信号中的光脉冲可以包括平均少于一个光子。
[0014]可以提供包括光源、2-3转换器和偏振旋转器组合器的基于集成的磷化铟的芯片或基于硅的芯片。
[0015]所述检测器装置可以包括:至少一个单光子检测器，所述至少一个单光子检测器被配置为在小于一个微米的波长中高效地操作。
[0016]还可以提供被布置为实现实施例的设备，诸如移动通信设备和/或基站节点。
[0017]还可以提供一种包括程序代码构件的计算机程序，所述计算机程序适应于执行本文中描述的方法。依照另外的实施例，提供了能够用于提供以上方法中的至少一个方法的装置和/或计算机程序产品，所述计算机程序产品可以被具体化在计算机可读介质上。
[0018]应当了解的是，可以将任何方面的任何特征与任何其它方面的任何其它特征进行组合。
[0019]现在参照以下示例和附图，仅通过示例，来更详细地描述实施例，在附图中:
[0020]图1示出了依照实施例的两个设备的示意图；
[0021]图2和图3示出了依照两个实施例的流程图；
[0022]图4和图5分别示出了例示光编码器和解码器的框图；以及
[0023]图6示出了控制装置的示例。
[0024]在以下中，在针对移动通信设备提供安全通信的无线或移动通信的上下文中来解释某些例示的实施例。用于与例如基站通信的用户的移动设备通常被称为用户设备(UE)或终端。可以由能够向信道发送信号和/或在信道上接收无线信号的任何设备，来提供用于实现实施例的移动设备。移动设备还装备有用于在光信道上进行通信的装置。移动设备的非限制性示例包含:移动台(MS)，诸如移动电话或被称为‘智能电话’，便携式计算机，诸如装备有无线通信能力的膝上型计算机、平板计算机或个人数据助理(PDA)，或这些设备的任何组合，或诸如此类。适当的移动设备装备有至少一个数据处理实体、至少一个存储器以及其它可能的组件以供在它被设计用于执行的任务的软件和硬件辅助运行中使用，该任务包含与其它方的通信的控制和有关于安全通信的特征。可以在适当的电路板上和/或在芯片组中提供数据处理、存储和其它相关控制装置。
[0025]能够在保护通信安全中使用量子密钥分配系统。量子密钥分配(QKD)能够与光传输信道，例如自由空间(适用于移动通信)、波导和光纤，一起使用。一种可能的用例可以是与固定终端建立共享密钥的移动设备。量子密钥分配方案的实现依赖于发送低数量的光子，在两个终端之间每个脉冲平均小于单光子。量子密码学照此是已知的，以及若干公司提供基于光纤的量子密钥分配设备。使用量子力学系统的属性以分配安全密钥的密码学方案被认为提供高水平的安全性。例如，当前相信的是，即使仅受物理定律限制的强大窃听者应当不能危害该方案的安全性。
[0026]可以在密钥发送器和接收设备之间提供量子密钥分配方案。图1示出了发送器设备10，被标记为终端A，以及接收设备20，被标记为终端B。终端A是量子比特发送器以及终端B是接收器。依照实施例，终端A包括移动设备，例如，移动电话或智能电话、膝上型计算机、笔记本、平板计算机等，以及终端B包括固定节点，例如，蜂窝系统或局域网系统的基站。在设备10和设备20之间能够提供射频(RF)无线链路。这两个设备可以装备有用于无线通信的通信子系统，例如装备有适当的无线电装置以促进无线通信。注意的是，还可以基于其它技术，诸如经由光链路，在设备10和设备20之间提供通信信道。
[0027]用于安全通信的在设备10和设备20之间的密钥分配基于在光链路17上从设备10向设备20发送光子，通过虚线示出。密钥分配基于从终端A向终端B发送光子，以及在实践中，含有平均小于一的光子数量的微弱脉冲。本文中描述的原理能够应用于在光纤或自由空间中基于微弱脉冲的大多数QKD协议。在设备10处的用于产生和发射光子的装置可以包括:光编码器12，其适应于编码随机量子比特状态以及发射光子。还可以提供诸如用于创建发射光子所需的电脉冲的控制电子产品的单元、(量子)随机数产生器以及用于控制这些组件的处理器装置。用于光编码的装置12可以适应于概率地将由光源发射的光脉冲转换为光子。
[0028]在接收节点20处，提供适当的解码和检测器装置22。还可以提供适应于处理检测器输出和记录它们的时间轨迹的控制电子产品、用于无线通信的通信子系统以及用于控制以上组件的计算机或处理器。
[0029]例如在大约1.3和1.55 4111(微米)的域中，产生和传输光信号所需的光组件(激光器、调制器、在半导体上的集成光学)是广泛可以获得的，运行良好的并且售价合理。然而，在接收侧，尽管足够好地用于在那些波长处的传统通信的检测器存在，但是针对量子密码学所需要的单光子检测器可能是低效的、有噪声的、笨重的和/或昂贵的。在另一方面，本发明人已经认识到的是，高效低噪声检测器能够用于低于I微米的波长。还可以在介电平台(platforms)上在那些波长处找到集成光子学技术。
[0030]图1公开了在光接口 17上传输依照量子密钥分配方案的编码信息之前可能的波长转换。该实施例旨在在没有不必要地损害整体性能的情况下提供在两种不同波长范围中存