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用于本地本振光連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的幀同步方法

專利號
CN116760544B
公開日期
2023-10-27
申請人
北京中科國光量子科技有限公司(北京市大興區(qū)北京經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)科谷一街8號院5號樓10層1003室(北京自貿(mào)試驗區(qū)高端產(chǎn)業(yè)片區(qū)亦莊組團))
發(fā)明人
王東; 趙義博; 屈秀秀; 趙志遠; 馮小青
IPC分類
H04L9/08; H04B10/70; H04J3/06
技術領域
序列,量子,相位,同步,幀同步,脈沖,互相關,漂移,連續(xù)變量,探測
地域: 北京市 北京市大興區(qū)

摘要

本發(fā)明屬于保密通信技術領域,公開了一種用于本地本振光連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的幀同步方法,通過發(fā)送端隨機選取少量的量子態(tài)公布給接收端作為同步幀序列,接收端利用測得的參考相位對其進行相位旋轉,并根據(jù)測量基構造兩組序列分別與測量序列進行互相關運算,根據(jù)得到的相關峰來完成幀同步。與現(xiàn)有技術相比,本發(fā)明在極低信噪比和任意相位漂移情況下均具有較高的同步成功率,能夠克服本地本振光方案中收發(fā)端兩個獨立激光器之間的頻率偏置和快速相位變化,無需額外增加調(diào)制器件,大大降低了系統(tǒng)的復雜度。并且,無需在量子態(tài)前插入特殊結構的幀頭,能夠提高量子態(tài)的占空比,同時提高了安全密鑰率以及系統(tǒng)的安全性。

說明書

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[0021] 本發(fā)明提出一種用于本地本振光連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的幀同步方法,發(fā)送端隨機選取少量的量子態(tài)公布給接收端作為同步幀序列,接收端利用測得的參考相位對其進行相位旋轉,并根據(jù)測量基構造兩組序列分別與測量序列進行互相關運算,即可根據(jù)得到的相關峰來完成幀同步,在極低信噪比和任意相位漂移情況下均具有較高的同步成功率,能夠克服本地本振光方案中收發(fā)端兩個獨立激光器之間的頻率偏置和快速相位變化,無需額外增加調(diào)制器件,大大降低了系統(tǒng)的復雜度。并且,無需在量子態(tài)前插入特殊結構的幀頭,能夠提高量子態(tài)的占空比,同時提高系統(tǒng)的安全性,發(fā)送端所公布的量子態(tài)測量結果也可用于后續(xù)的信道參數(shù)估計,可進一步提高系統(tǒng)的安全密鑰率。 附圖說明 [0022] 圖1為本發(fā)明用于本地本振光連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的幀同步方法原理圖; [0023] 圖2為本發(fā)明不同的同步序列長度下同步成功率隨相位估計噪聲Vφ變化曲線圖; [0024] 圖3為本發(fā)明不同的同步序列長度下同步成功率隨信噪比SNR變化曲線圖; [0025] 圖4為本發(fā)明不同的同步序列長度下同步成功率隨相位漂移角度?變化曲線圖。 具體實施方式 [0026] 下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖,對本發(fā)明進行清楚、完整地描述。 [0027] 如圖1所示,一種用于本地本振光連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的幀同步方法,包括如下步驟: [0028] 步驟S1:發(fā)送端使用一個激光器制備參考脈沖序列和連續(xù)變量量子態(tài)序列,通過預定的復用方式將參考脈沖序列間隔地插入到量子態(tài)序列中,得到信號序列并通過量子信道發(fā)送給接收端; [0029] 步驟S2:接收端將接收到的信號序列解復用后得到參考脈沖序列和量子態(tài)序列,通過一個激光器產(chǎn)生的兩路本地本振光,一路本地本振光對量子態(tài)序列隨機選擇測量基進行零差探測后得到探測序列 和測量基序列 ,另一路本地本振光對參考脈沖序列進行外差探測得到參考相位探測序列 ,并得到參考相位序列 ; [0030] 步驟S3:發(fā)送端隨機選取預定長度的量子態(tài)序列作為同步序列 ,并通過經(jīng)典信道公布給接收端; [0031] 步驟S4:接收端從其探測序列 、相應的測量基序列 和參考相位序列 的第i位開始各選取L個元素,分別記為 、? 和? ,其用參考相位序列 對同步序列進行相位旋轉,得到修正同步序列 ;并根據(jù) 和? 構造兩組互補 的序列 ;所述互補是指一個序列中某一位為X分量時,其互補序列相應位置為P分量; [0032] 步驟S5:接收端將步驟S4構造的兩組互補的序列 分別與 進行相關運算得到兩個運算結果,并取二者絕對值的最大值; [0033] 步驟S6:接收端將 、? 和? 向后逐位移動,重復步驟S4和步驟S5,得到包含噪底和峰值的相關結果序列,將相關結果序列的峰值與預定閾值進行比較,當超過預定閾值時判定完成幀同步,使收發(fā)數(shù)據(jù)對齊。 [0034] 所述步驟S1中的量子態(tài)序列為均值為0,方差相等的高斯隨機變量。 [0035] 所述步驟S1中的參考脈沖序列每個脈沖平均包含1000個光子。 [0036] 所述步驟S1中預定的復用方式為偏振、時間復用。 [0037] 所述步驟S5中相關運算為兩組互補的序列 與 進行數(shù)學上的互相關運算。 [0038] 所述步驟S4中構造的兩組互補的序列分別為 和? 。 [0039] 具體工作原理如下: [0040] 如圖1所示,在發(fā)送端,激光器產(chǎn)生連續(xù)光經(jīng)過斬波后變?yōu)橹芷跒?T的脈沖光,使用分束器分成強度不等的兩個光脈沖,一般分束器的分束比為1:99,幅度較小的光脈沖通過量子態(tài)調(diào)制和衰減得到一系列量子態(tài)和相應的量子態(tài)序列;幅度較大的光脈沖作為相位參考脈沖序列,不進行幅度調(diào)制。隨后量子態(tài)和相位參考脈沖經(jīng)過復用后進入量子信道,為了得到更好的效果,可采用偏振?時間復用的方式,即量子態(tài)脈沖和參考脈沖的偏振態(tài)相互垂直,二者間隔分布,每個量子態(tài)脈沖與相鄰的兩個參考脈沖之間的時間差均為T。 [0041] 量子態(tài)和參考脈沖經(jīng)過量子信道傳輸?shù)浇邮斩耍紫刃枰?jīng)過偏振補償來恢復二者的偏振態(tài),隨后進行偏振?時間解復用得到接收的量子態(tài)序列和參考脈沖序列。接收端使用獨立的激光器產(chǎn)生兩路幅度相等的本振光,分別對量子態(tài)脈沖進行零差探測、對參考脈沖進行外差探測。其中,接收端需要產(chǎn)生隨機的0、1比特的測量基序列 進行測量基選擇,0或1比特分別對應選擇測量量子態(tài)的X分量或P分量,得到探測序列 可寫為[0042] , [0043] 其中,η為光信號傳輸探測的總效率, 為量子態(tài)與相應本振光的相對相位,為0均值的高斯噪聲。對參考脈沖進行外差探測得到參考相位探測序列 ,計算出參考相位序列 。 [0044] 發(fā)送端隨機選取長度為L的量子態(tài)序列的X分量值和P分量值分別作為同步序列,并通過經(jīng)典信道公布給發(fā)送端。

權利要求

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7.根據(jù)權利要求6所述的用于本地本振光連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的幀同步方法,其特征在于,所述步驟S6中的預定閾值為相關結果序列噪底的3倍標準差。 8.根據(jù)權利要求7所述的用于本地本振光連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的幀同步方法,其特征在于,所述L取2的11次方。
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