基于量子密鑰通信的竊聽演示裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于量子密鑰通信的竊聽演示裝置，包括光開關(guān)OS、第一光分束器BS1、第二光分束器BS2、同步探測器；所述光開關(guān)OS包括光輸入端、第一光輸出端和第二光輸出端；所述第一光分束器BS1包括第一進(jìn)光端、第二進(jìn)光端和光輸出端；所述第二光分束器BS2包括進(jìn)光口、第一出光口和第二出光口；所述第一光輸出端與第一進(jìn)光端連接，第二光輸出端與進(jìn)光口連接，第一出光口與第二進(jìn)光端連接，第二出光口與同步探測器連接。本發(fā)明還公開了一種基于量子密鑰通信的竊聽演示方法。本發(fā)明還公開了一種基于量子密鑰通信的竊聽演示方法。本發(fā)明可以很直觀地展示量子通信傳輸信息的安全性，方法簡單直觀，經(jīng)濟(jì)實用。
【專利說明】基于量子密鑰通信的竊聽演示裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于量子密鑰通信過程中的竊聽演示設(shè)備及方法，尤其涉及一種基于量子密鑰通信的竊聽演示裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]量子密鑰通信，基于量子學(xué)的三大定律:測量塌縮理論、量子不可克隆理論、以及不確定性原理?；谝陨先罄碚?，量子密鑰通信傳輸信息的安全性及可靠性比經(jīng)典通信方式更好。但是現(xiàn)有技術(shù)中，一般不能直觀的演示量子通信的安全性，也無法直觀的演示竊聽的過程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于量子密鑰通信的竊聽演示裝置，本基于量子密鑰通信的竊聽演示裝置可以直觀地展示在量子密鑰通信過程中的竊聽者的竊聽行為，把微觀的理論知識宏觀地展現(xiàn)在人們面前，便于更好地理解量子通信的安全性。
[0004]為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:基于量子密鑰通信的竊聽演示裝置，其特征在于:包括用于切換工作模式的光開關(guān)OS、用于對光進(jìn)行合路或者分路的第一光分束器BS1、用于對光進(jìn)行合路或者分路的第二光分束器BS2、用于模擬竊聽者竊聽信息的同步探測器；所述光開關(guān)OS包括光輸入端、第一光輸出端和第二光輸出端；所述第一光分束器BSl包括第一進(jìn)光端、第二進(jìn)光端和光輸出端；所述第二光分束器BS2包括進(jìn)光口、第一出光口和第二出光口 ；所述第一光輸出端與第一進(jìn)光端連接，第二光輸出端與進(jìn)光口連接，第一出光口與第二進(jìn)光端連接，第二出光口與同步探測器連接；
光束進(jìn)入光輸入端后，從第一光輸出端射出或者從第二光輸出端射出；當(dāng)光束從第一光輸出端射出時，又經(jīng)過第一分束器BSl后從光輸出端射出并傳輸?shù)浇邮斩?；?dāng)光束從第二輸出端射出時，又經(jīng)過第二分束器BS2分成兩束光，其中一束光經(jīng)過第一分束器BSI后從光輸出端射出并傳輸?shù)浇邮斩?，另一束光進(jìn)入同步探測器。
[0005]作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案，所述光開關(guān)OS為自鎖機(jī)械式的光開關(guān)。
[0006]作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案，所述第一光分束器BSl和第二光分束器BS2均為50:50的分束器。
[0007]作為本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案，還包括與同步探測器點連接的指示燈，當(dāng)同步探測器竊聽到信息時，指示燈亮。
[0008]本基于量子密鑰通信的竊聽演示裝置的工作原理如下:
1.正常模式:將光束從光輸入端接入，同時將單刀雙擲開關(guān)撥到正常模式檔位，此時光經(jīng)光開關(guān)OS沿正常模式鏈路經(jīng)第一光分束器BSl傳輸,進(jìn)而傳到光輸出端。在此期間，因為光開關(guān)OS的選擇作用，竊聽模式鏈路沒有光束經(jīng)過，同步探測器不會檢測到任何有用信息，指示燈不會閃爍。[0009]2.竊聽模式:將光束從光輸入端接入備，同時將單刀雙擲開關(guān)撥到正常模式檔位，此時光束經(jīng)光開關(guān)OS沿竊聽模式鏈路經(jīng)第二光分束器BS2傳輸分為兩路信號，一路經(jīng)第一光分束器BSl傳到光輸出端，另一路傳到同步探測器。同步探測器檢測到有用信息，即相當(dāng)于竊聽成功，此時指示燈閃爍，直觀顯示竊聽過程正在進(jìn)行。在此期間，因為光開關(guān)的選擇作用，正常模式鏈路沒有光經(jīng)過。
[0010]本發(fā)明采取的另一種技術(shù)方案為:基于量子密鑰通信的竊聽演示方法，包括以下步驟:
步驟1，將光束從光輸入端輸入光開關(guān)，并將光開關(guān)設(shè)置為正常模式，使光束依次經(jīng)過光開關(guān)和第一光分束器，然后從光輸出端射出；
步驟2，將光開關(guān)設(shè)置成竊聽模式，使光束經(jīng)過光開關(guān)后傳輸?shù)降诙夥质?，第二光分束器將光束分成兩路信號，其中一路?jīng)過第一光分束器后，從光輸出端傳輸?shù)浇邮斩?，另一路信號進(jìn)入同步探測器；當(dāng)同步探測器探測到光信號時，同步探測器上的指示燈亮。
[0011]本基于量子密鑰通信的竊聽演示方法工作原理如下:
量子學(xué)的三大基本定律為量子通信的安全性奠定了基礎(chǔ)。當(dāng)信息在傳輸?shù)倪^程中，由于量子的不可克隆性決定了信息是無法被復(fù)制的，為了竊聽，竊聽者只能通過多次測量獲取信息，由測量塌縮理論可以知道多次測量必然會導(dǎo)致最初的量子態(tài)改變，從而證實竊聽者的存在。本發(fā)明的方法就是直觀展示量子通信安全性的。
[0012]正常模式:光纖通信過程中，線路上的衰減大概為0.2dB/Km，在正常傳輸?shù)那闆r下，攜帶信息的光經(jīng)過光開關(guān)選擇沿正常模式鏈路傳輸，然后再經(jīng)相當(dāng)于3dB衰減器的第一光分束器BSl傳輸，繼而到達(dá)接收端，在QKD的接收端顯示密鑰量正常，誤碼率在安全范圍以內(nèi)，整個鏈路的衰減值大概為3.4dB,相當(dāng)于17Km光纖。
[0013]竊聽模式:當(dāng)想要模擬竊聽者的竊聽行為時，只要手動將光開關(guān)切換到竊聽模式，這時候信息將經(jīng)竊聽模式鏈路傳輸，經(jīng)過第二光分束器BS2后分成兩路信號，其中一路進(jìn)入同步探測器，也就是用于模擬的竊聽者竊聽到的信息的裝置，另一路再經(jīng)第一光分束器BSl傳輸?shù)浇邮斩?。?dāng)竊聽者竊聽到信息的時候，同步探測器一端設(shè)置了一個用于竊聽信息提示的提示燈，其閃爍頻率與鏈路的光脈沖有關(guān)。與此同時，因為整條鏈路的衰減大概為
6.7dB，在QKD接收端會顯示密鑰量降低，誤碼率升高，從而QKD設(shè)備會報警，用于顯示傳輸鏈路信息遭受竊聽，進(jìn)而提示信息發(fā)送者舍棄已經(jīng)傳送的信息，直觀展示了量子通信設(shè)備的安全性。
[0014]本發(fā)明通過第一光分束器和第二光分束器的配合，通過同步探測器模擬竊聽行為，可以很直觀地展示量子通信傳輸信息的安全性，方法簡單直觀，經(jīng)濟(jì)實用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明的實物結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0017]實施例1
參見圖1，本基于量子密鑰通信的竊聽演示裝置，包括用于切換工作模式的光開關(guān)OS、用于對光進(jìn)行合路或者分路的第一光分束器BS1、用于對光進(jìn)行合路或者分路的第二光分束器BS2、用于模擬竊聽者竊聽信息的同步探測器；所述光開關(guān)OS包括光輸入端1、第一光輸出端2和第二光輸出端3 ;所述第一光分束器BSl包括第一進(jìn)光端4、第二進(jìn)光端5和光輸出端6 ;所述第二光分束器BS2包括進(jìn)光口 7、第一出光口 8和第二出光口 9 ;所述第一光輸出端2與第一進(jìn)光端4連接，第二光輸出端3與進(jìn)光口 7連接，第一出光口 8與第二進(jìn)光端5連接，第二出光口 9與同步探測器連接；光束進(jìn)入光輸入端I后，從第一光輸出端2射出或者從第二光輸出端3射出；當(dāng)光束從第一光輸出端2射出時，又經(jīng)過第一分束器BSI后從光輸出端6射出并傳輸?shù)浇邮斩耍划?dāng)光束從第二輸出端3射出時，又經(jīng)過第二分束器BS2分成兩束光，其中一束光經(jīng)過第一分束器BSl后從光輸出端6射出并傳輸?shù)浇邮斩?，另一束光進(jìn)入同步探測器。
[0018]本實施例中，所述光開關(guān)OS為自鎖機(jī)械式光開關(guān)；所述第一光分束器BSl和第二光分束器BS2均為50:50的分束器；還包括與同步探測器點連接的指示燈，當(dāng)同步探測器竊聽到信息時，指示燈亮。
[0019]本實施例中，還包括用于給整個系統(tǒng)供電的電源按鈕；所述光開關(guān)為自鎖的機(jī)械式光開光，用于切換工作模式，即正常模式或者竊聽模式，本實施例采用船型單刀雙擲開關(guān)，用于控制光開光，手動選擇工作模式。第一光分束器BSl和第二光分束器BS2用于對光進(jìn)行合路或者分路，而且均為50:50的分束器，相當(dāng)于3dB衰減器；同步探測器用于模擬竊聽者竊聽信息；指示燈用于指示同步探測器是否竊聽到信息。本基于量子密鑰通信的竊聽演示裝置能夠模擬攻擊者的竊聽行為，針對通信的特點，直觀展示量子密鑰通信遭受竊聽的過程，從而客觀反映出量子通信的安全性。
[0020]本實施例在實際制作時，參見圖2，面板上自左向右依次為:電源按鈕、用于光信號輸入和輸出的法蘭盤接口、竊聽指示燈以及船型的單刀雙擲開關(guān)。首先，取一個IU機(jī)箱，在其前面板開上五個大小合適的孔，分別用于固定電源按鈕、光纖輸入輸出的法蘭盤、指示燈和船型單刀雙擲開關(guān)，在其后面開上一個大小合適的孔，用于固定電源接口。
[0021]第二，將直流穩(wěn)壓電源固定在IU機(jī)箱底座上，并且靠近背面電源接口，固定完成以后，將電源接口和電源模塊用導(dǎo)線連接，便于給整個設(shè)備供電。
[0022]第三，將光開光OS、第一光分束器BSl和第二光分束器BS2固定在機(jī)箱底部，并盤好尾纖，將各光纖接口連接好。
[0023]第四，將同步探測器固定在機(jī)箱底部，并從電源模塊上取電，在此我們采用同步探測器，用于探測1550nm波段的光。
[0024]第五，機(jī)械式光開光的工作電壓為5±0.5V,故而從電源引出一根5V電源線到單刀雙擲開關(guān)，通過單刀雙擲開關(guān)的狀態(tài)切換對光開光進(jìn)行上電，從而達(dá)到選擇不同鏈路的目的。
[0025]第六，當(dāng)電源按鈕按下以后，設(shè)備上電，通過撥動單刀雙擲開關(guān)就可以操縱內(nèi)部光開關(guān)，從而切換正常或者竊聽模式狀態(tài)。通過設(shè)備上的指示燈的閃爍與否，就可以顯示竊聽者的竊聽行為，指示燈閃爍代表竊聽正在進(jìn)行，指示燈不亮代表信息沿正常模式鏈路安全傳輸。
[0026]實施例2
本基于量子密鑰通信的竊聽演示方法，包括以下步驟: 步驟1，將光束從光輸入端輸入光開關(guān)，并將光開關(guān)設(shè)置為正常模式，使光束依次經(jīng)過光開關(guān)和第一光分束器，然后從光輸出端射出；
步驟2，將光開關(guān)設(shè)置成竊聽模式，使光束經(jīng)過光開關(guān)后傳輸?shù)降诙夥质?，第二光分束器將光束分成兩路信號，其中一路?jīng)過第一光分束器后，從光輸出端傳輸?shù)浇邮斩?，另一路信號進(jìn)入同步探測器；當(dāng)同步探測器探測到光信號時，同步探測器上的指示燈亮。
【權(quán)利要求】
1.一種基于量子密鑰通信的竊聽演示裝置，其特征在于:包括用于切換工作模式的光開關(guān)OS、用于對光進(jìn)行合路或者分路的第一光分束器BS1、用于對光進(jìn)行合路或者分路的第二光分束器BS2、用于模擬竊聽者竊聽信息的同步探測器；所述光開關(guān)OS包括光輸入端(I)、第一光輸出端(2)和第二光輸出端(3);所述第一光分束器BSl包括第一進(jìn)光端(4)、第二進(jìn)光端(5)和光輸出端(6);所述第二光分束器BS2包括進(jìn)光口(7)、第一出光口(8)和第二出光口(9);所述第一光輸出端(2)與第一進(jìn)光端(4)連接,第二光輸出端(3)與進(jìn)光口(7)連接，第一出光口(8)與第二進(jìn)光端(5)連接，第二出光口(9)與同步探測器連接； 光束進(jìn)入光輸入端(I)后，從第一光輸出端(2)射出或者從第二光輸出端(3)射出；當(dāng)光束從第一光輸出端(2)射出時,又經(jīng)過第一分束器BSl后從光輸出端(6)射出并傳輸?shù)浇邮斩?；?dāng)光束從第二輸出端(3 )射出時，又經(jīng)過第二分束器BS2分成兩束光，其中一束光經(jīng)過第一分束器BSl后從光輸出端(6)射出并傳輸?shù)浇邮斩?，另一束光進(jìn)入同步探測器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于量子密鑰通信的竊聽演示裝置，其特征在于:所述光開關(guān)OS為自鎖機(jī)械式的光開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于量子密鑰通信的竊聽演示裝置，其特征在于:所述第一光分束器BSl和第二光分束器BS2均為50:50的分束器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于量子密鑰通信的竊聽演示裝置，其特征在于:還包括與同步探測器點連接的指示燈，當(dāng)同步探測器竊聽到信息時，指示燈亮。
5.一種基于量子密鑰通信的竊聽演示方法，包括以下步驟: 步驟1，將光束從光輸入端輸入光開關(guān)，并將光開關(guān)設(shè)置為正常模式，使光束依次經(jīng)過光開關(guān)和第一光分束器，然后從光輸出端射出； 步驟2，將光開關(guān)設(shè)置成竊聽模式，使光束經(jīng)過光開關(guān)后傳輸?shù)降诙夥质鳎诙夥质鲗⒐馐殖蓛陕沸盘?，其中一路?jīng)過第一光分束器后，從光輸出端傳輸?shù)浇邮斩?，另一路信號進(jìn)入同步探測器；當(dāng)同步探測器探測到光信號時，同步探測器上的指示燈亮。
【文檔編號】G09B19/00GK103824487SQ201410067454
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月27日
【發(fā)明者】徐生福, 方子, 劉云, 苗春花, 韓正甫, 趙義博 申請人:安徽問天量子科技股份有限公司