一种用于防止量子密码时移攻击的探测装置的制作方法

本实用新型涉及量子密码领域，特别是一种用于防止量子密码时移攻击的探测装置。

背景技术：

时移攻击是针对量子密码中的探测器在不同的时间域上存在不同的探测效率差而造成的安全漏洞进行的攻击。该攻击可以在不破坏合法用户量子态的情况下获取他们的编码信息，因此严重地破坏了量子密码的安全性。

譬如：如图1所示为传统极化编码量子密码被动基选择探测装置的实施方案(Bob端)。BS为分束器，PC_HV为水平-垂直基选择，PC_PM为对角基选择，PBS为极化分束器，SPD为单光子探测器。

当光脉冲进入Bob的实验室，经过BS随机地选择PC_HV光路或者PC_PM光路。如果Alice的量子态制备在水平-垂直基上并且被PC_HV光路后的探测器所探测到，则获得一个有效的探测，否则就是一个无效的探测。当Alice的量子态制备在对角基上并且被PC_PM光路后的探测器探测到，同样是一个有效的探测，否则就是一个无效的探测。经过Alice和Bob的基比对后，他们保留相同基上的结果而扔掉不同基上的结果。由于不同编码的光脉冲是为不同的探测器所探测到，Eve可能利用探测装置在不同时刻探测效率的差异实施时移攻击。

再如：如图2为传统极化编码量子密码主动基选择探测装置的实施方案(Bob端)。λ/2为半波片，PBS和SPD与图1的意义一样。

一个光脉冲进入Bob的实验室，Bob随机地选择让光脉冲经过λ/2波片或者不经过λ/2波片，当光脉冲经过半波片后发生极化为45⁰的偏转，光脉冲经过极化分束器后被探测器探测到。当Alice和Bob的基选择相同时，Bob获得一个有效的探测，否则他得到的是一个无效的探测。由于在这套装置中Bob也是使用不同探测器探测不同编码的脉冲，Eve同样可以利用探测器在不同时刻的探测效率差对Bob的探测装置实施时移攻击。

从上面的具体分析可知，现有的探测器，都无法识别时移攻击，Eve可以利用探测器的缺陷实施攻击。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种用于量子密码的探测装置，用以解决现有探测器存在无法识别时移攻击的问题。

为实现上述目的，本实用新型的方案包括：

一种用于防止量子密码时移攻击的探测装置，包括依次设置的半波片、极化分束器、遮光片、分束器和单光子探测器；单光子探测器仅设置一个；光脉冲经过极化分束器分为两路光脉冲，该两路光脉冲与所述分束器的入射光路对应；所述遮光片连接有驱动遮光片动作的驱动机构，该驱动机构用于驱动遮光片切换遮挡其中一路光脉冲，使最多只有一路光脉冲达到分束器。

进一步的，通过随机数产生器控制连接所述驱动机构。

进一步的，所述遮光片为板形遮光片，遮光片上具有一条用于透过光脉冲的缝隙；所述驱动机构为平移驱动机构，用于驱动遮光片上下平移。

进一步的，所述遮光片为板形遮光片；所述驱动机构为摆动驱动机构，用于驱动遮光片上下摆动。

进一步的，所述遮光片为板形遮光片，遮光片上端或下端具有一条用于透过光脉冲的缝隙；所述驱动机构为旋转驱动机构，用于驱动遮光片180°旋转。

进一步的，所述遮光片为圆筒形遮光片，遮光片上端、下端均具有一通孔，两通孔垂直设置；所述驱动机构为旋转驱动机构，用于驱动遮光片90°旋转。

本实用新型中，由于不同编码的光脉冲最终都是在一个单光子探测器上获得计数，因此避免了现有技术中采用多个不同探测器，造成探测效率差异的问题，因此Eve无法对此探测器实施时移攻击。

附图说明

图1是传统极化编码量子密码被动基选择探测装置；

图2是传统极化编码量子密码主动基选择探测装置；

图3是本实用新型的探测装置示意图；

图4、图5、图6、图7分别为四种遮光片和驱动设计形式。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

如图3所示本实用新型提出的探测装置(Bob端)：λ/2为半波片，PBS为极化分束器，SPD为单光子探测器，BS为分束器，SC为遮光片。

当Alice的光脉冲进入Bob的实验室时，Bob随机地选择让还是不让光脉冲通过半波片，如果通过半波片，光脉冲的极化旋转45⁰，如果不通过半波片，光脉冲的极化不发生改变。λ/2半波片与PBS部分的结构与图2的现有技术情况相同，在此不进行具体说明。

经过极化分束器后分为上路光脉冲和下路光脉冲(作为其他实施方式，也可以设计为左右路光脉冲)，上路光脉冲或者下路光脉冲对应分束器BS的两个入射光路，分束器输出到一个单光子探测器SPD。

极化分束器PBS与分束器BS之间设有一个遮光片SC，Bob随机的选择让上路的光脉冲还是下路光脉冲被遮光片SC遮挡，从而选择通过不同编码的光脉冲达到分束器。如果Alice和Bob的基选择相同并且光脉冲可以到达到单光子探测器，那么Alice和Bob能够产生一个有效的计数，否则他们不能产生一个有效的脉冲。

由于不同编码的光脉冲最终都是在一个单光子探测器上获得计数，因此不存在不同探测器上探测效率差的问题，因此Eve无法对此探测器实施时移攻击。

关于遮光片SC对上下路光脉冲的选择，实施方式较多，典型的方式如下：

第一种实施方式：如图4所示，遮光片为一个平板遮光片31，在遮光片31上开一道缝隙4，如果光脉冲对准缝隙4，则光脉冲可以通过，否则光脉冲不能通过。如图4左部分，下路光脉冲2对准缝隙4，则下部光脉冲2通过遮光片到达分束器BS；如图4右部分，上路光脉冲1对准缝隙4，则上部光脉冲1通过遮光片到达分束器BS。

遮光片31的运动形式为平移，通过一个平移驱动机构驱动遮光片31沿着图4中箭头方向运动。可以通过随机数产生器(市场化产品，可以直接购买)产生驱动信号，驱动平移驱动机构动作。比如随机的产生0或1，输出0时，遮光片31运动到图4左部分位置，输出1时，遮光片运动到图4右部分位置。

第二种实施方式：如图5所示，遮光片为一个平板遮光片32，在遮光片32，遮光片32一侧边铰接使遮光上32能够以该侧边为轴摆动，就如同一道可以开合的门一样。如图4左部分，遮光片32摆到上侧，遮挡上路光脉冲1，下路光脉冲2到达分束器BS；如图4右部分，遮光片32摆到下侧，遮挡下路光脉冲2，上路光脉冲1到达分束器BS。

遮光片32的运动形式为摆动，通过一个摆动驱动机构驱动遮光片32沿着图5中箭头方向转动。可以通过随机数产生器产生驱动信号，驱动摆动驱动机构动作。比如随机的产生0或1，输出0时，遮光片32运动到图5左部分位置，输出1时，遮光片运动到图5右部分位置。

第三种实施方式：如图6所示，遮光片为一个平板遮光片33，在遮光片33上端或下端开一道缝隙5，如果光脉冲对准缝隙，则光脉冲可以通过，否则光脉冲不能通过。如图6左部分，下路光脉冲2对准缝隙4，则下部光脉冲2通过遮光片到达分束器BS；如图6右部分，上路光脉冲1对准缝隙4，则上部光脉冲1通过遮光片到达分束器BS。

遮光片33的运动形式为旋转，通过一个旋转驱动机构驱动遮光片33以其中轴线为转轴，沿着图6中箭头方向旋转。可以通过随机数产生器产生驱动信号，驱动旋转驱动机构动作。比如随机的产生0或1，输出0时，遮光片33不旋转，输出1时，遮光片旋转180°。

第四种实施方式：如图7所述，遮光片为一个圆柱遮光片34，在遮光片34上端开一条横向通孔6，下端开一条纵向通孔7，横向通孔6与纵向通孔7垂直。如图7所示，上路光脉冲1对准通孔6，则上部光脉冲1通过通孔6到达分束器BS，而下路光脉冲2被阻挡。同理，如果下路光脉冲2对准通孔7，则下路光脉冲2通过通孔7到达分束器BS，而上路光脉冲1被阻挡。

遮光片34的运行形式为绕圆筒轴线自转，通过一个旋转驱动机构驱动遮光片34沿着图7中箭头方向旋转。可以通过随机数产生器产生驱动信号，驱动旋转驱动机构动作。比如随机的产生0或1，输出0时，遮光片34不旋转，输出1时，遮光片旋转34旋转90°。

以上给出了本实用新型涉及的具体实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。在本实用新型给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本实用新型中的相应技术手段基本相同、实现的实用新型目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本实用新型的保护范围内。