一种cvqkd系统及其散粒噪声方差的实时监测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于量子安全通信领域，设及一种CVQKD系统安全通信方法，具体是通过 实时监测散粒噪声方差，有效抵御Eve对本振光强攻击，从而提高通信质量。
【背景技术】 阳00引 文献 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会被窃听 者巧ve)攻击的情况；本振光被窃听者攻击会引起本振光强改变，随之系统散粒噪声方差 也会改变；而在系统安全性分析中，系统所有噪声参数都要归一化到散粒噪声方差，当Eve 控制本振光使散粒噪声方差变小时，实际的系统过噪声将增大，若合法通信方仍W未被攻 击时较大的散粒噪声方差进行归一化，将会导致合法通信方严重低估系统过噪声，运时Eve 可W通过采用截取重发等攻击获取密钥信息而不被合法通信方发现。 |；000；3]文献 2 "P.Jouguet,S.Kunz-Jacques,E.Diamanti,PhysicalReview A, 87:062313, 2013."提出了一种散粒噪声标度技术，该技术首先确定散粒噪声方差和本振 光强的线性关系，随后在密钥分发前，通过功率计或者带积分电路的二极管在Bob输入端 检测本振光强度，推测出用于计算密钥率的散粒噪声方差。但运种技术并没有实时获得散 粒噪声方差，只是在密钥分发之前获得。当Eve在密钥分发过程中攻击本振光时，系统的实 际散粒噪声方差发生改变，此时散粒噪声标度技术却无法获得改变后的散粒噪声方差。Eve 可对基于本振光同步检测的CVQKD系统成功实施攻击。
[0004] 综上，研究一种能够提高CVQ邸系统安全性的方法是很有必要的。
【发明内容】
[0005] 针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种CVQ邸系 统及其散粒噪声方差的实时监测方法，该方法和系统能够有效抵御Eve对本振光的攻击， 从而有效提高CVQKD系统的安全性。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予W解决：
[0007] 一种CVQKD系统，包括发送端和接收端，所述接收端包括波分复用器、偏振控制 器、光电转换器、Bob端内部光路、化modyne检测器、Bob端控制电路和光电检测器；其中，所 述Bob端内部光路包括偏振分束器、50/50分束器、相位调制器、法拉第镜、第一可调光衰减 器、第二可调光衰减器和10/90分束器；
[0008] 所述波分复用器将发送端通过量子信道发送的信号光和时钟信号分开，信号光 经过偏振控制器进行偏振校正；信号光经过偏振分束器分为量子信号光和本振光；第一可 调光衰减器设置在量子信号光路上，量子信号光进入50/50分束器；第二可调光衰减器和 10/90分束器沿本振光的方向依次设置在本振光路上；经10/90分束器输出的10%本振光 送至光电检测器，90%本振光依次通过偏振分束器、相位调制器和法拉第镜后也进入50/50 分束器，与量子信号光发生干设；50/50分束器的输出端连接化modyne检测器出omodyne 检测器和光电检测器的输出端均接入Bob端控制电路。
[0009] 本发明的另一个目的在于，提供一种上述CVQKD系统进行散粒噪声方差的实时监 测方法，包括步骤1，当化modyne检测器没有光进入时，利用化modyne检测器检测电噪声 强度，并计算得到绝对电噪声方差化/。；
[0010] 其特征在于，还包括如下其他步骤：
[0011] 步骤2,在Bob端内部光路的量子信号光路上增加第一可调光衰减器，第一可调光 衰减器用来调整量子信号光的强度；同时，在Bob端内部光路的本振光路上增加第二可调 光衰减器，第二可调光衰减器用来调整本振光的强度；同时，在Bob端的本振光路加入一个 分光比为10/90分束器，10%本振光送至光电检测器；90%本振光送至50/50分束器；光电 检测器的输出端接入Bob端控制电路；
[0012] 步骤3,将第一可调光衰减器调到最大衰减值，调整第二可调光衰减器，此时本振 光强度町。变化，在本振光强度Pu变化过程中通过Bob控制电路中的数据采集卡采集多个 化modyne检测器检测到的电信号强度，并计算得到电信号方差N，同时采集每个电信号方 差N对应的本振光强度P,。;根据每个电信号方差N，通过下式计算其对应的散粒噪声方差 No： 阳01引輿二Wq+吃。 (1)
[0014] 其中，N为电信号方差；N。为散粒噪声方差；Up/。为绝对电噪声方差.
[0015] 步骤4,根据步骤3记录的多个本振光强度值及多个电信号方差对应的散粒噪声 方差，得到本振光强度与散粒噪声方差的线性拟合关系，如图3所示：
[0016] No=kP Lo+n似
[0017] 其中，为本振光强度值，k为比例关系，n为偏移量。
[0018] 步骤5,将实时采集到的本振光强度值町。代入所述本振光强度与散粒噪声方差的 线性拟合关系中，得到实时的散粒噪声方差。
[0019] 进一步的，所述步骤3中所述数据采集卡采用PCI6115数据采集卡。
[0020] 进一步的，所述步骤3中数据采集卡的采集间隔为0. 5地。
[0021] 本发明的方法和系统通过在Bob端加入10/90分束器，将本振光分成10%本振光 和90 %本振光两部分，并使10 %本振光送至光电检测器PDB，90 %本振光处理后进入50/50 分束器BS与量子信号光发生干设；然后通过量子信号光路和本振光路上分别设置可调光 衰减器，用于调整量子信号光强度和本振光强度，通过线性拟合得到散粒噪声方差和本振 光强的线性关系，最终实现对散粒噪声方差的实时监测，从而有效抵御Eve对本振光强攻 击。当改变系统本振光强时，散粒噪声方差会随之改变，导致密钥率改变，当密钥率降为负 值，系统将对合法通信方进行警告，从而提高了通信系统的安全。
【附图说明】
[0022] 图1是传统的CVQKD系统的原理框图。
[0023] 图2是本发明的CVQKD系统的原理框图。
[0024] 图3散粒噪声方差与本振光强度的线性拟合。 阳0巧]图4是本发明的实施例中CVQKD系统的原理框图。
[00%] 图5是不同散粒噪声方差下实际系统密钥率。
[0027]W下结合附图和【具体实施方式】对本发明进一步解释说明。
【具体实施方式】
[0028] 如图1所示，传统的CVQKD系统包括发送端和接收端，其中：
[00巧]发送端包括QKD光源、Alice端内部光路（Alicebox)、时钟同步系统（Sync Laser)与Alice端控制电路、波分复用器CWDM;
[0030] 接收端包括波分复用器CWDM、偏振控制器（PolarizationController)、光电转换 器（PIN)、Bob端内部光路度obbox)、Homodyne检测器（HOM)和Bob端控制电路；Bob端 内部光路包括偏振分束器PBS、50/50分束器BS、相位调制器PM、法拉第镜FM;
[0031] 其中，波分复用器CWDM将信号光和时钟信号分开，信号光经过偏振控制器进行 偏振校正；信号光经过偏振分束器PBS分为量子信号光Sig和本振光Lo,量子信号光进入 50/50分束器BS，本振光通过偏振分束器PBS、相位调制器PM和法拉第镜FM后也进入50/50 分束器BS，与量子信号光发生干设，然后进入化modyne检测器出omodyne检测器输出的数 据送入Bob端控制电路。
[0032] 由于传统的CVQKD系统中通常存在合法通信方严重低估系统过噪声的缺陷（见背 景技术文献1)或者无法获得改变后的散粒噪声方差的缺陷（见【背景技术】文献2)，因此，本 发明通过对传统系统的Bob接收端进行改进，能够实时获得散粒噪声方差，从而能够将其 用于系统安全性分析实时获知密钥率，继而判断系统的密钥分发的安全性。
[003引如图2所示，本发明的CVQKD系统，包括发送端和接收端，其中：
[0034] 发送端与传统的CVQKD系统相同；
[0035] 接收端包括波分复用器CWDM、偏振控制器（PolarizationController)、光电转换