本實(shí)用新型屬于量子保密通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及量子密鑰分配(QKD)系統(tǒng)中用來實(shí)現(xiàn)量子密鑰分配設(shè)備的自動化配置，尤其涉及一種量子密鑰分配設(shè)備的自動化配置系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

量子保密通信結(jié)合了量子物理原理和現(xiàn)代通信技術(shù)。量子保密通信通過量子物理原理保障異地密鑰協(xié)商過程和結(jié)果的安全性，與“一次一密”加密技術(shù)結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)不依賴算法復(fù)雜度的保密通信。量子保密通信的基礎(chǔ)是量子密鑰分配(QKD)，量子密鑰分配利用量子力學(xué)原理，可實(shí)現(xiàn)通信雙方協(xié)商好無條件安全的密鑰，而且不會被未經(jīng)許可的第三方竊聽。

量子保密通信技術(shù)已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室走向了實(shí)際應(yīng)用。世界各地已建成或正在建設(shè)量子保密通信網(wǎng)：2007年美國DARPA展示了構(gòu)建覆蓋全國的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃；歐洲12個(gè)國家于2008年10月在維也納建成了5節(jié)點(diǎn)的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)，其后將節(jié)點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展到8個(gè)；日本于2010年建成東京量子密碼網(wǎng)絡(luò)；中國于2009年在安徽蕪湖建成首個(gè)“量子政務(wù)網(wǎng)”；2016年即將建成超過1000公里的“京滬量子保密干線”；量子保密通信技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)展開。

這些量子保密通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層級結(jié)構(gòu)一般分為三層，第一層是量子密鑰分配層，由量子密鑰分配設(shè)備和量子路由交換設(shè)備組成，用來在各用戶之間分配量子密鑰；第二層是量子密鑰管理與服務(wù)層，用來實(shí)現(xiàn)密鑰的管理并對用戶提供密鑰服務(wù)；第三層是量子密鑰應(yīng)用層，由各種密碼應(yīng)用設(shè)備組成，例如各種加密機(jī)、VPN等，這些密碼應(yīng)用設(shè)備接收第二層提供的密鑰，并對要傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行加密，從而實(shí)現(xiàn)保密通信。

在量子保密通信網(wǎng)絡(luò)中，量子密鑰分配設(shè)備需要部署在各個(gè)通信節(jié)點(diǎn)上，以滿足各節(jié)點(diǎn)之間的保密通信需求。而各節(jié)點(diǎn)之間的實(shí)際線路環(huán)境(節(jié)點(diǎn)間的距離和線路衰減等)比較復(fù)雜，為了能使量子密鑰分配設(shè)備工作正常，需要根據(jù)線路的實(shí)際情況配置設(shè)備參數(shù)。如果線路發(fā)生變化，設(shè)備參數(shù)需要相應(yīng)調(diào)整。這個(gè)問題使得設(shè)備必須要在安裝現(xiàn)場進(jìn)行配置和調(diào)試，而設(shè)備自身在出廠前也會進(jìn)行參數(shù)配置，這樣配置的參數(shù)可能會因?yàn)榕c實(shí)際環(huán)境不符合而更改。另外，在后續(xù)的使用過程中，如果網(wǎng)絡(luò)的線路環(huán)境有變化，設(shè)備同樣需要重新調(diào)整參數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有量子密鑰分配設(shè)備的不足，提供一種量子密鑰分配設(shè)備的自動化配置系統(tǒng)，本量子密鑰分配設(shè)備的自動化配置系統(tǒng)簡單有效，可實(shí)時(shí)配置設(shè)備或系統(tǒng)中與線路環(huán)境相關(guān)的三個(gè)重要參數(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備或系統(tǒng)對線路環(huán)境的自適應(yīng)和自動配置，簡化了設(shè)備或系統(tǒng)的安裝調(diào)試過程和使用過程中的維護(hù)，大大降低了后期的量子網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成本。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為：

量子密鑰分配設(shè)備的自動化配置系統(tǒng)，包括發(fā)射端和接收端；其特征在于：

發(fā)射端包括量子光激光器、第一光衰減器、編碼器、合光器、第二光衰減器和同步光激光器；

量子光激光器用于發(fā)出激光脈沖；第一光衰減器用于將激光脈沖衰減至單光子水平，形成單光子水平的量子光；編碼器用于對單光子水平的量子光進(jìn)行編碼；編碼器由調(diào)相器和干涉環(huán)組成；同步光激光器用于發(fā)出同步光；第二光衰減器用于將同步光衰減，以產(chǎn)生同步光脈沖；合光器用于將同步光脈沖和單光子水平的量子光合在一起，進(jìn)入公共信道，通過公共信道后達(dá)到接收端；

接收端包括分光器、解碼器、同步光探測器、延時(shí)器和單光子探測器；

分光器用于將合在一起的兩路光信號分開；同步光探測器用于接收探測分開后的同步光脈沖，并輸出同步時(shí)鐘信號；所述同步時(shí)鐘信號經(jīng)過延時(shí)器延時(shí)后用來觸發(fā)單光子探測器；解碼器用于將分開后的單光子水平的量子光解碼；單光子探測器用于探測被解碼的單光子水平的量子光。

作為本實(shí)用新型進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案，編碼器和解碼器均由調(diào)相器和干涉環(huán)組成；通過給調(diào)相器加載不同的電壓，可以調(diào)制不同的相位。

作為本實(shí)用新型進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案，公共信道是光纖或者自由空間。

在量子保密通信網(wǎng)絡(luò)中，量子密鑰分配設(shè)備需要部署在各個(gè)通信節(jié)點(diǎn)上，以滿足各節(jié)點(diǎn)之間的保密通信需求。而各節(jié)點(diǎn)之間的實(shí)際線路環(huán)境(節(jié)點(diǎn)間的距離和線路衰減等)比較復(fù)雜，為了能使量子密鑰分配設(shè)備工作正常，需要根據(jù)線路的實(shí)際情況配置設(shè)備參數(shù)。如果線路發(fā)生變化，設(shè)備參數(shù)需要相應(yīng)調(diào)整。這個(gè)問題使得設(shè)備必須要在安裝現(xiàn)場進(jìn)行配置和調(diào)試，而設(shè)備自身在出廠前也會進(jìn)行參數(shù)配置，這樣配置的參數(shù)可能會因?yàn)榕c實(shí)際環(huán)境不符合而更改。另外，在后續(xù)的使用過程中，如果網(wǎng)絡(luò)的線路環(huán)境有變化，設(shè)備同樣需要重新調(diào)整參數(shù)。

本實(shí)用新型針對于基于相位編碼的BB84(或B92)協(xié)議的量子密鑰分配設(shè)備的自動化配置系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備或系統(tǒng)對線路環(huán)境的自適應(yīng)和自動配置，簡化了設(shè)備或系統(tǒng)的實(shí)際安裝過程，降低了設(shè)備或系統(tǒng)對專業(yè)人員的要求，同時(shí)大大降低了網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)成本。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

參見圖1，本量子密鑰分配設(shè)備的自動化配置系統(tǒng)，包括發(fā)射端和接收端；發(fā)射端包括量子光激光器、第一光衰減器、編碼器、第二光衰減器、合光器、第二光衰減器和同步光激光器；量子光激光器用于發(fā)出的激光脈沖；第一光衰減器用于將激光脈沖衰減至單光子水平，形成單光子水平的量子光；編碼器用于對單光子水平的量子光進(jìn)行編碼；編碼器由調(diào)相器和干涉環(huán)組成；同步光激光器用于發(fā)出同步光；第二光衰減器用于將同步光衰減，以產(chǎn)生同步光脈沖；合光器用于將同步光脈沖和單光子水平的量子光合在一起，進(jìn)入公共信道，通過公共信道后達(dá)到接收端；接收端包括分光器、解碼器、同步光探測器、延時(shí)器和單光子探測器；分光器用于將合在一起的兩路光信號分開；同步光探測器用于接收探測分開后的同步光脈沖，并輸出同步時(shí)鐘信號；所述同步時(shí)鐘信號用來觸發(fā)單光子探測器；解碼器用于將分開后的單光子水平的量子光解碼；單光子探測器用于探測被解碼的單光子水平的量子光。編碼器和解碼器均由調(diào)相器和干涉環(huán)組成；通過給調(diào)相器加載不同的電壓，可以調(diào)制不同的相位。公共信道是光纖或者自由空間。其他部分與實(shí)施例1相同，不再詳述。

本實(shí)用新型基于相位編碼的BB84(或B92)協(xié)議，如圖1。發(fā)射端的量子光激光器發(fā)出的激光脈沖，經(jīng)光第一光衰減器衰減至單光子水平后，進(jìn)入編碼器被編碼。編碼器由調(diào)相器和干涉環(huán)組成。給調(diào)相器加載不同的電壓，可以調(diào)制不同的相位。同時(shí)發(fā)射端還有一個(gè)同步光激光器，經(jīng)光第二光衰減器衰減后，產(chǎn)生同步光脈沖，然后與單光子水平的量子光通過合光器合在一起，進(jìn)入公共信道。公共信道可以是光纖，也可以是自由空間。這里以光纖為例描述。通過公共信道后達(dá)到接收端，接收端用分光器將兩路光信號分開。同步光脈沖被同步光探測器接收探測后，輸出同步時(shí)鐘信號，用來觸發(fā)單光子探測器。單光子水平的量子光進(jìn)入解碼器被解碼。解碼器一般由調(diào)相器和干涉環(huán)組成。被解碼的量子光最后被單光子探測器探測。在這個(gè)系統(tǒng)中，有三個(gè)參數(shù)需要根據(jù)公共信道的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。第一是同步光的光強(qiáng)。同步光探測器輸出的是同步時(shí)鐘信號，同步時(shí)鐘信號不能出現(xiàn)錯(cuò)誤，因此必須要求同步光脈沖被公共信道衰減后，仍然能被同步光探測器探測到。當(dāng)同步光探測器的最小探測光功率一定時(shí)，公共信道的衰減越大，則要求同步光的光強(qiáng)越大。第二是單光子探測器的門觸發(fā)時(shí)間窗口。在公共信道為光纖時(shí)，所使用的單光子探測器一般采用門觸發(fā)模式，即單光子探測器在門觸發(fā)的時(shí)間內(nèi)可以探測單光子信號，沒有門觸發(fā)時(shí)無法探測單光子信號。這時(shí)要求單光子信號到達(dá)單光子探測器的時(shí)間窗口必須落在門觸發(fā)的時(shí)間窗口內(nèi)，單光子探測器才能有效探測單光子信號。單光子信號從發(fā)射端激光器發(fā)出后，經(jīng)過第一光衰減器和編碼器的延時(shí)，公共信道的延時(shí)，到達(dá)接收端，再經(jīng)過解碼器的延時(shí)，最后到達(dá)單光子探測器。門觸發(fā)信號是由同步光探測器輸出的同步時(shí)鐘信號產(chǎn)生。而同步光探測器的探測輸出是由發(fā)射端同步光激光器發(fā)出的同步光脈沖，經(jīng)過第二光衰減器的延時(shí)，公共信道的延時(shí)，到達(dá)接收端后被探測。公共信道對兩路光的延時(shí)差，會隨著公共信道的長度不同而不同。這樣就需要調(diào)節(jié)單光子探測器的門觸發(fā)時(shí)間窗口的延時(shí)，使門觸發(fā)時(shí)間窗口的位置隨著公共信道的長度不同而改變，保障單光子信號到達(dá)單光子探測器時(shí)間窗口落在門觸發(fā)的時(shí)間窗口內(nèi)。第三是編解碼器中的調(diào)相器的調(diào)相電壓。編解碼時(shí)需要對調(diào)相器加載不同的調(diào)相電壓，從而得到不同的調(diào)相結(jié)果。而這種調(diào)相器的調(diào)相結(jié)果一般與光的偏振態(tài)相關(guān)。而公共信道會改變光的偏振態(tài)，從而改變調(diào)相器的調(diào)相結(jié)果。因此需要采取一定的措施，保障調(diào)相結(jié)果不受公共信道的影響。

基于以上分析，1)同步光光強(qiáng)掃描；2)單光子探測器延時(shí)掃描；3)調(diào)相器調(diào)相電壓掃描這三個(gè)過程分別對應(yīng)上述的同步光光強(qiáng)、延時(shí)器延時(shí)、調(diào)相器調(diào)相電壓三個(gè)參數(shù)的自動配置。以上三個(gè)掃描過程通過結(jié)合硬件實(shí)現(xiàn)來完成，得到的結(jié)果反饋給系統(tǒng)，系統(tǒng)再將結(jié)果配置給相關(guān)器件或模塊，從而實(shí)現(xiàn)參數(shù)的自動配置。