CN104125058A - 量子密钥分配***中同步光的自动标定装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种量子密钥分配***中同步光的自动标定装置，Alice端设置电控光衰减器衰减值D为最大值并触发同步光激光器发出N个同步光光脉冲，衰减后传输至Bob端光电探测器转换成电脉冲，Bob端对电脉冲计数；如果电脉冲数量小于同步光光脉冲数量N，则Alice端将电控光衰减器的当前衰减值D减去步进值d，并再次触发N个同步光光脉冲，如此反复，直至Bob端计数得到的电脉冲数量等于N，再使衰减值D减去一个固定值然后维持D不变。本发明还公开了量子密钥分配***中同步光的自动标定方法。本发明可以做到对同步光自动化的标定，在因信道衰减增大丢同步光时，重新自动标定，具有很好的自恢复性能，具有很好的灵活性和实用性。

Description

量子密钥分配***中同步光的自动标定装置及方法
 
技术领域
本发明涉及一种量子密钥分配***中的同步光标定装置及方法，尤其涉及一种量子密钥分配***中同步光的自动标定装置及方法。
背景技术
量子密钥分配***基于其物理上绝对安全的特性，是当前信息安全传输的最可靠的一种加密方式。目前实用的量子密钥分配***多数的原理是基于BB84协议，即在Alice端随机给一个光子加载编码信息，在Bob端随机制备解码信息，当这个光子成功到达Bob端的单光子探测器后，需进行对基过程，从而生成最后的安全密钥。由于单个光子的易丢失性，Alice端大量加载了信息的单光子都会在信道中被消耗掉，到达Bob端的只有千分之一甚至更少的光子，这就需要对Alice端的每个单光子进行标记。目前采用的是方法是用的强光对量子信号进行标记，即一个强光脉冲后跟一个单光子信号，保证每组强光脉冲与每组单光子一一对应，在Bob能收到所有的强光脉冲，即可对接收到的单光子信号进行序号标记。标记用的强光脉冲起到与单光子同步的作用，故称作同步光。
      同步光的光强需要一个合适的强度，较弱的同步光会导致Bob端的强光探头也即光电探测器无法探测到或是探测丢了光脉冲。较强的同步光，一方面由于过强的光强会导致Bob端的光电探测器的损坏，另一方面当同步光和量子光在同一个信道中传输时，较强的同步光会干扰量子光。同步光的光强标定通常做法是经过计算和测量得到一个合适的光强值，在Alice端利用固定光衰减器或手动可调光衰减器将同步光标定成所需的光强值。这样的做法要求衰减器和量子密钥分配***的传输信道稳定性好，衰减值固定，如果整个信道上的衰减突变，将会导致量子密钥分配***严重故障，没有相应的自恢复能力，所以这种方案的灵活性和实用性较差。     
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种量子密钥分配***中同步光的自动标定装置及方法。本量子密钥分配***中同步光的自动标定装置及方法能够实现对同步光自动化的标定，即对量子密钥分配***在因信道衰减增大丢同步光时，可以重新自动标定，具有很好的自恢复性能，具有更好的灵活性和实用性。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：量子密钥分配***中同步光的自动标定装置，其特征在于：包括Alice端FPGA模块、同步光激光器、电控光衰减器、Bob端FPGA模块和光电探测器模块；同步光激光器和电控光衰减器分别与Alice端FPGA模块电连接；电控光衰减器通过量子信道与光电探测器模块连接，光电探测器模块与Bob端FPGA模块电连接，Bob端FPGA模块通过经典信道与Alice端FPGA模块连接；
所述Alice端FPGA模块设置电控光衰减器的衰减值D为最大值；所述Alice端FPGA模块还触发同步光激光器发出N个同步光光脉冲，所述N个同步光脉冲经过设置好相应衰减值的电控光衰减器，电控光衰减器将衰减后的N个同步光光脉冲经过量子信道发送到Bob端的光电探测器，光电探测器将收到的每个同步光光脉冲转换成电脉冲送至Bob端FPGA模块，Bob端FPGA模块对收到的电脉冲计数，当收到Alice端完成N个光脉冲触发的信号时停止计数；所述Alice端FPGA模块和Bob端FPGA模块经过经典信道通信后，Bob端FPGA模块将计算出的电脉冲数量与Alice端FPGA模块触发的N个同步光光脉冲数量进行比较；如果计算出的电脉冲数量小于同步光光脉冲数量N，则Bob端FPGA模块发送未找到合适同步光光强信号至Alice端FPGA模块，Alice端FPGA模块将电控光衰减器的当前衰减值D减去步进值d，并再次触发N个同步光光脉冲，所述N个同步光脉冲再次经过设置好衰减值的电控光衰减器，电控光衰减器再次将衰减后的N个同步光光脉冲经过量子信道发送到Bob端的光电探测器，光电探测器再次将收到的每个光脉冲转换成电脉冲送至Bob端FPGA模块，Bob端FPGA模块再次对收到的电脉冲计数，如此反复减小电控光衰减器的衰减值D，直至Bob端FPGA模块计数得到的电脉冲数量等于N，得到一个不丢同步光的临界值DL，即D=DL；当电脉冲数量为N时，所述Alice端FPGA模块使电控光衰减器D减去一个固定值然后维持临界值D不变。
作为本发明进一步改进的技术方案，当电脉冲数量为N时，所述Alice端FPGA模块使电控光衰减器D减去3 db，即D= DL-3db。
本发明采取的另一种技术方案为：量子密钥分配***中同步光的自动标定方法，其特征在于包括以下步骤：
首先，Alice端FPGA模块设置电控光衰减器的衰减值D为最大值；
其次，Alice端FPGA模块触发同步光激光器发出N个同步光光脉冲，所述N个同步光脉冲经过设置好相应衰减值的电控光衰减器，电控光衰减器将衰减后的N个同步光光脉冲经过量子信道发送到Bob端的光电探测器，光电探测器将收到的每个同步光光脉冲转换成电脉冲送至Bob端FPGA模块，Bob端FPGA模块对收到的电脉冲计数，当收到Alice端完成N个光脉冲触发的信号时停止计数；
步骤三，所述Alice端FPGA模块和Bob端FPGA模块经过经典信道通信后，Bob端FPGA模块将计算出的电脉冲数量与Alice端FPGA模块触发的N个同步光光脉冲数量进行比较；
如果计算出的电脉冲数量小于同步光光脉冲数量N，则Bob端FPGA模块发送未找到合适同步光光强信号至Alice端FPGA模块，Alice端FPGA模块将电控光衰减器的当前衰减值D减去步进值d，并再次触发N个同步光光脉冲，所述N个同步光脉冲再次经过设置好衰减值的电控光衰减器，电控光衰减器再次将衰减后的N个同步光光脉冲经过量子信道发送到Bob端的光电探测器，光电探测器再次将收到的每个光脉冲转换成电脉冲送至Bob端FPGA模块，Bob端FPGA模块再次对收到的电脉冲计数，如此反复减小电控光衰减器的衰减值D，直至Bob端FPGA模块计数得到的电脉冲数量等于N，得到一个不丢同步光的临界值DL，即D=DL；当电脉冲数量为N时，所述Alice端FPGA模块使电控光衰减器D减去一个固定值然后维持临界值D不变。
作为本发明进一步改进的技术方案，在步骤三中，当电脉冲数量为N时，所述Alice端FPGA模块使电控光衰减器D减去3 db，即D= DL-3db。
本发明的Alice端FPGA模块控制同步光激光器发光并设置电控光衰减器的衰减值，当同步光光脉冲被触发后，经过设置好的相应衰减值的电控光衰减器，衰减后的同步光光脉冲经过量子信道后到达Bob端FPGA模块的光电探测器，光电探测器将收到的每个同步光光脉冲转换成电脉冲送至Bob端FPGA模块计数，两端的FPGA经过经典信道通信后，Bob端FPGA模块分析此次设置的电控衰减器的衰减值是否合适，决定是否再次选择衰减值重新标定。本发明可以做到对同步光自动化的标定，对量子密钥分配***在因信道衰减增大丢同步光时，可以重新自动标定，具有很好的自恢复性能，因此具有很好的灵活性和实用性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的同步光自动标定流程图。
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
具体实施方式
实施例1
参见图1，本量子密钥分配***中同步光的自动标定装置，包括Alice端FPGA模块、同步光激光器、电控光衰减器、Bob端FPGA模块和光电探测器模块；同步光激光器和电控光衰减器分别与Alice端FPGA模块电连接；电控光衰减器通过量子信道与光电探测器模块连接，光电探测器模块与Bob端FPGA模块电连接，Bob端FPGA模块通过经典信道与Alice端FPGA模块连接；
参见图2，所述Alice端FPGA模块设置电控光衰减器的衰减值D为最大值；所述Alice端FPGA模块还触发同步光激光器发出N个同步光光脉冲，所述N个同步光脉冲经过设置好相应衰减值的电控光衰减器，电控光衰减器将衰减后的N个同步光光脉冲经过量子信道发送到Bob端的光电探测器，光电探测器将收到的每个同步光光脉冲转换成电脉冲送至Bob端FPGA模块，Bob端FPGA模块对收到的电脉冲计数，当收到Alice端完成N个光脉冲触发的信号时停止计数；所述Alice端FPGA模块和Bob端FPGA模块经过经典信道通信后，Bob端FPGA模块将计算出的电脉冲数量与Alice端FPGA模块触发的N个同步光光脉冲数量进行比较；如果计算出的电脉冲数量小于同步光光脉冲数量N，则Bob端FPGA模块发送未找到合适同步光光强信号至Alice端FPGA模块，Alice端FPGA模块将电控光衰减器的当前衰减值D减去步进值d，并再次触发N个同步光光脉冲，所述N个同步光脉冲再次经过设置好衰减值的电控光衰减器，电控光衰减器再次将衰减后的N个同步光光脉冲经过量子信道发送到Bob端的光电探测器，光电探测器再次将收到的每个光脉冲转换成电脉冲送至Bob端FPGA模块，Bob端FPGA模块再次对收到的电脉冲计数，如此反复减小电控光衰减器的衰减值D，直至Bob端FPGA模块计数得到的电脉冲数量等于N，得到一个不丢同步光的临界值DL，即D=DL；当电脉冲数量为N时，所述Alice端FPGA模块使电控光衰减器D减去一个固定值然后维持临界值D不变。作为优选方案，当电脉冲数量为N时，所述Alice端FPGA模块使电控光衰减器D减去3 db，即D= DL-3db。
本实施例中，Alice端FPGA模块和Bob端FPGA模块经过经典信道通信后，分析此次设置的电控衰减器的衰减值是否合适，决定是否再次选择衰减值重新标定。较强的同步光会损坏Bob端的光电探测器，所以找合适的电控光衰减器衰减值从电控光衰减器的最大衰减值设置，此时量子密钥分配***整个的衰减能保证接收端的光电探头探测到同步光的计数为0 。本发明的工作流程如图2所示，Alice端FPGA模块先设置电控光衰减器模块初始的最大衰减值，再触发同步光激光器发N个光脉冲，当光脉冲发送完毕后，Alice端FPGA模块发送触发完成信号至Bob端FPGA；Bob端FPGA模块的光电探测器接收Alice端FPGA模块传输过来的光脉冲信号并转化成电脉冲信号送至Bob端FPGA模块计数，Bob端FPGA模块收到Alice端FPGA模块完成发送N个光脉冲信号后，Bob 端FPGA停止对光电探测器的电脉冲进行计数，并判断当前的计数是否为N，如小于N，Bob端FPGA发送未找到合适同步光光强信号至Alice端FPGA，Alice端设置电控光衰减器当前衰减值Dn减去一步进值d，并再次触发N个同步光光脉冲，Bob端FPGA模块再次计数，如此反复减小电控光衰减器，直至Bob端FPGA模块计数等于Alice端FPGA模块发送的N个光脉冲，表明当前设置的衰减值是不丢同步光的临界值DL，当找到此衰减值时，Alice端FPGA模块设置电控光衰减器的衰减值D=DL-3db，其中3db是一个较好的经验值。这样标定的衰减值是一个既不丢同步光也不会干扰量子光的比较合适的光强值，整个自动标定过程完成。
实施例2
参见图2，本量子密钥分配***中同步光的自动标定方法，其特征在于包括以下步骤：
首先，Alice端FPGA模块设置电控光衰减器的衰减值D为最大值；
其次，Alice端FPGA模块触发同步光激光器发出N个同步光光脉冲，所述N个同步光脉冲经过设置好相应衰减值的电控光衰减器，电控光衰减器将衰减后的N个同步光光脉冲经过量子信道发送到Bob端的光电探测器，光电探测器将收到的每个同步光光脉冲转换成电脉冲送至Bob端FPGA模块，Bob端FPGA模块对收到的电脉冲计数，当收到Alice端完成N个光脉冲触发的信号时停止计数；
步骤三，所述Alice端FPGA模块和Bob端FPGA模块经过经典信道通信后，Bob端FPGA模块将计算出的电脉冲数量与Alice端FPGA模块触发的N个同步光光脉冲数量进行比较；
如果计算出的电脉冲数量小于同步光光脉冲数量N，则Bob端FPGA模块发送未找到合适同步光光强信号至Alice端FPGA模块，Alice端FPGA模块将电控光衰减器的当前衰减值D减去步进值d，并再次触发N个同步光光脉冲，所述N个同步光脉冲再次经过设置好衰减值的电控光衰减器，电控光衰减器再次将衰减后的N个同步光光脉冲经过量子信道发送到Bob端的光电探测器，光电探测器再次将收到的每个光脉冲转换成电脉冲送至Bob端FPGA模块，Bob端FPGA模块再次对收到的电脉冲计数，如此反复减小电控光衰减器的衰减值D，直至Bob端FPGA模块计数得到的电脉冲数量等于N，得到一个不丢同步光的临界值DL，即D=DL；当电脉冲数量为N时，所述Alice端FPGA模块使电控光衰减器D减去一个固定值然后维持临界值D不变。作为优选方案，在步骤三中，当电脉冲数量为N时，所述Alice端FPGA模块使电控光衰减器D减去3 db，即D= DL-3db。
本实施例中，Alice端FPGA模块和Bob端FPGA模块经过经典信道通信后，分析此次设置的电控衰减器的衰减值是否合适，决定是否再次选择衰减值重新标定。较强的同步光会损坏Bob端的光电探测器，所以找合适的电控光衰减器衰减值从电控光衰减器的最大衰减值设置，此时量子密钥分配***整个的衰减能保证接收端的光电探头探测到同步光的计数为0 。本发明的工作流程如图2所示，Alice端FPGA模块先设置电控光衰减器模块初始的最大衰减值，再触发同步光激光器发N个光脉冲，当光脉冲发送完毕后，Alice端FPGA模块发送触发完成信号至Bob端FPGA；Bob端FPGA模块的光电探测器接收Alice端FPGA模块传输过来的光脉冲信号并转化成电脉冲信号送至Bob端FPGA模块计数，Bob端FPGA模块收到Alice端FPGA模块完成发送N个光脉冲信号后，Bob 端FPGA停止对光电探测器的电脉冲进行计数，并判断当前的计数是否为N，如小于N，Bob端FPGA发送未找到合适同步光光强信号至Alice端FPGA，Alice端设置电控光衰减器当前衰减值Dn减去一步进值d，并再次触发N个同步光光脉冲，Bob端FPGA模块再次计数，如此反复减小电控光衰减器，直至Bob端FPGA模块计数等于Alice端FPGA模块发送的N个光脉冲，表明当前设置的衰减值是不丢同步光的临界值DL，当找到此衰减值时，Alice端FPGA模块设置电控光衰减器的衰减值D=DL-3db，其中3db是一个较好的经验值。这样标定的衰减值是一个既不丢同步光也不会干扰量子光的比较合适的光强值，整个自动标定过程完成。

Claims (4)

1.一种量子密钥分配***中同步光的自动标定装置，其特征在于：包括Alice端FPGA模块、同步光激光器、电控光衰减器、Bob端FPGA模块和光电探测器模块；同步光激光器和电控光衰减器分别与Alice端FPGA模块电连接；电控光衰减器通过量子信道与光电探测器模块连接，光电探测器模块与Bob端FPGA模块电连接，Bob端FPGA模块通过经典信道与Alice端FPGA模块连接；
所述Alice端FPGA模块设置电控光衰减器的衰减值D为最大值；所述Alice端FPGA模块还触发同步光激光器发出N个同步光光脉冲，所述N个同步光脉冲经过设置好相应衰减值的电控光衰减器，电控光衰减器将衰减后的N个同步光光脉冲经过量子信道发送到Bob端的光电探测器，光电探测器将收到的每个同步光光脉冲转换成电脉冲送至Bob端FPGA模块，Bob端FPGA模块对电脉冲计数，当收到Alice端完成N个光脉冲触发的信号时停止计数；所述Alice端FPGA模块和Bob端FPGA模块经过经典信道通信后，Bob端FPGA模块将计算出的电脉冲数量与Alice端FPGA模块触发的N个同步光光脉冲数量进行比较；如果计算出的电脉冲数量小于同步光光脉冲数量N，则Bob端FPGA模块发送未找到合适同步光光强信号至Alice端FPGA模块，Alice端FPGA模块将电控光衰减器的当前衰减值D减去步进值d，并再次触发N个同步光光脉冲，所述N个同步光脉冲再次经过设置好衰减值的电控光衰减器，电控光衰减器再次将衰减后的N个同步光光脉冲经过量子信道发送到Bob端的光电探测器，光电探测器再次将收到的每个光脉冲转换成电脉冲送至Bob端FPGA模块，Bob端FPGA模块再次对收到的电脉冲计数，如此反复减小电控光衰减器的衰减值D，直至Bob端FPGA模块计数得到的电脉冲数量等于N，得到一个不丢同步光的临界值DL，即D=DL；当电脉冲数量为N时，所述Alice端FPGA模块使电控光衰减器D减去一个固定值然后维持临界值D不变。
2.根据权利要求1所述的量子密钥分配***中同步光的自动标定装置，其特征在于：当电脉冲数量为N时，所述Alice端FPGA模块使电控光衰减器D减去3 db，即D= DL-3db。
3.一种量子密钥分配***中同步光的自动标定方法，其特征在于包括以下步骤：
首先，Alice端FPGA模块设置电控光衰减器的衰减值D为最大值；
其次，Alice端FPGA模块触发同步光激光器发出N个同步光光脉冲，所述N个同步光脉冲经过设置好相应衰减值的电控光衰减器，电控光衰减器将衰减后的N个同步光光脉冲经过量子信道发送到Bob端的光电探测器，光电探测器将收到的每个同步光光脉冲转换成电脉冲送至Bob端FPGA模块，Bob端FPGA模块对收到的电脉冲计数，当收到Alice端完成N个光脉冲触发的信号时停止计数；
步骤三，所述Alice端FPGA模块和Bob端FPGA模块经过经典信道通信后，Bob端FPGA模块将计算出的电脉冲数量与Alice端FPGA模块触发的N个同步光光脉冲数量进行比较；
如果计算出的电脉冲数量小于同步光光脉冲数量N，则Bob端FPGA模块发送未找到合适同步光光强信号至Alice端FPGA模块，Alice端FPGA模块将电控光衰减器的当前衰减值D减去步进值d，并再次触发N个同步光光脉冲，所述N个同步光脉冲再次经过设置好衰减值的电控光衰减器，电控光衰减器再次将衰减后的N个同步光光脉冲经过量子信道发送到Bob端的光电探测器，光电探测器再次将收到的每个光脉冲转换成电脉冲送至Bob端FPGA模块，Bob端FPGA模块再次对收到的电脉冲计数，如此反复减小电控光衰减器的衰减值D，直至Bob端FPGA模块计数得到的电脉冲数量等于N，得到一个不丢同步光的临界值DL，即D=DL；当电脉冲数量为N时，所述Alice端FPGA模块使电控光衰减器D减去一个固定值然后维持临界值D不变。
4.根据权利要求3所述的量子密钥分配***中同步光的自动标定方法，其特征在于：在步骤三中，当电脉冲数量为N时，所述Alice端FPGA模块使电控光衰减器D减去3 db，即D= DL-3db。
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