本發(fā)明涉及量子密鑰分發(fā)(qkd)，具體涉及一種用于雙臂信道結(jié)構(gòu)qkd協(xié)議(mdi-qkd類(lèi)協(xié)議)的抗注入攻擊方法及基于注入鎖定監(jiān)控的光源裝置。

背景技術(shù)：

1、目前的qkd協(xié)議包括使用單臂信道結(jié)構(gòu)的制備-測(cè)量類(lèi)協(xié)議、使用雙臂信道結(jié)構(gòu)的糾纏測(cè)量類(lèi)協(xié)議及使用雙臂信道結(jié)構(gòu)的mdi-qkd類(lèi)協(xié)議等。其中，使用雙臂信道結(jié)構(gòu)的mdi-qkd類(lèi)協(xié)議包括標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量器件無(wú)關(guān)qkd(mdi-qkd)協(xié)議，雙場(chǎng)qkd(tf-qkd)協(xié)議，以及介于兩者之間的模式匹配qkd(mp-qkd)協(xié)議等。在這種使用雙臂信道結(jié)構(gòu)的mdi-qkd類(lèi)協(xié)議中，tf-qkd協(xié)議是目前遠(yuǎn)距離光纖條件下最具優(yōu)勢(shì)的qkd方案，目前已從理論上證明tf-qkd協(xié)議具有遠(yuǎn)距離和高安全性的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)科學(xué)試驗(yàn)驗(yàn)證了tf-qkd協(xié)議的性能先進(jìn)性，且在外場(chǎng)實(shí)際環(huán)境中實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了tf-qkd的實(shí)用化的可行性，從而為實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離光纖qkd的實(shí)用化鋪墊了道路。

2、如圖1所示，使用雙臂信道結(jié)構(gòu)的mdi-qkd類(lèi)協(xié)議基于獨(dú)立光源的干涉，通過(guò)雙臂信道結(jié)構(gòu)形成″巨大干涉儀″，其中，這種干涉儀的性能會(huì)受到兩個(gè)干涉脈沖來(lái)源不同的影響，因此需要光源鎖定技術(shù)來(lái)解決。

3、以tf-qkd協(xié)議為例，根據(jù)tf-qkd的原理方案，tf-qkd協(xié)議中到達(dá)接收端charlie干涉前的兩個(gè)光脈沖(其分別來(lái)自發(fā)送端alice和發(fā)送端bob)的來(lái)源及路徑(信道)均存在不同，即：發(fā)送端alice和bob分別采用獨(dú)立光源產(chǎn)生獨(dú)立的光脈沖，且發(fā)送端alice和bob所輸出的光脈沖各沿一臂(alice-charlie和bob-charlie)傳輸。在這種方案下，干涉前的全局相位不可抵消，進(jìn)而會(huì)影響干涉作用，因此需要對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控反饋。在這種方案下，全局相位差的貢獻(xiàn)來(lái)源包括獨(dú)立光源貢獻(xiàn)的相位差及獨(dú)立信道貢獻(xiàn)的相位差，而借助光源鎖頻鎖相技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)獨(dú)立光源的初始激光相位差和激光頻率差的控制。

4、光源鎖頻鎖相技術(shù)的目的是保證激光相位差固定和激光頻率差一致，具有孿生特性。光源鎖頻鎖相技術(shù)按照技術(shù)體制可以分為基于時(shí)頻傳遞的技術(shù)、光鎖相環(huán)技術(shù)及注入鎖定技術(shù)等三類(lèi)。其中，注入鎖定技術(shù)在操作上更為簡(jiǎn)單，更易實(shí)用化。如圖2所示，在注入鎖定方案中，主激光器置于charlie端，通過(guò)將主激光器輸出的主激光信號(hào)直接注入發(fā)送端alice和bob中的從激光器，可將發(fā)送端alice和bob的從激光器的相位都鎖定在charlie的主激光器相位上，因此不再需要主動(dòng)補(bǔ)償即可實(shí)現(xiàn)激光相位鎖定。在實(shí)現(xiàn)注入鎖定之后，可以通過(guò)光電探測(cè)器(pd)對(duì)從激光器的輸出光強(qiáng)進(jìn)行監(jiān)控，判斷從激光器在注入鎖定后的光強(qiáng)變化情況。

5、然而，現(xiàn)有的注入鎖定技術(shù)可能存在安全隱患，例如攻擊者采用一種特定的攻擊光，通過(guò)調(diào)整攻擊光光強(qiáng)，可以改變alice或bob的從激光器的實(shí)際光強(qiáng)，從而偏離誘騙態(tài)理論的預(yù)期光強(qiáng)(一般會(huì)使得實(shí)際光強(qiáng)高于預(yù)期光強(qiáng))，導(dǎo)致存在現(xiàn)實(shí)安全隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的注入鎖定光源光強(qiáng)監(jiān)控方案進(jìn)行研究，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)其可能存在光強(qiáng)監(jiān)控?cái)?shù)量少，導(dǎo)致光強(qiáng)監(jiān)控存在誤判攻擊的問(wèn)題。例如，在不存在注入鎖定攻擊，主激光器光強(qiáng)未發(fā)生變化的情況下，從激光器光強(qiáng)也會(huì)因從激光器本身光強(qiáng)不穩(wěn)而發(fā)生變化，此時(shí)，在基于單個(gè)pd的光強(qiáng)監(jiān)控方案中，這種變化容易被誤判為存在注入鎖定攻擊。針對(duì)申請(qǐng)人所揭示的上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種用于雙臂信道結(jié)構(gòu)qkd協(xié)議(mdi-qkd類(lèi)協(xié)議)的抗注入攻擊方法及基于注入鎖定監(jiān)控的光源裝置，其中，通過(guò)在發(fā)送端的多個(gè)特定位置提供獨(dú)特的光強(qiáng)監(jiān)控，使得能夠更為靈敏且可靠地識(shí)別各種注入鎖定攻擊行為的發(fā)生，將注入鎖定攻擊影響的光強(qiáng)變化范圍控制在更小的范圍，從而有效改善注入鎖定光源裝置抗改變光強(qiáng)的注入鎖定攻擊能力，提升了注入鎖定技術(shù)的安全性及判定正確性。

2、具體而言，本發(fā)明的第一方面涉及一種用于雙臂信道結(jié)構(gòu)qkd協(xié)議的注入鎖定監(jiān)控光源裝置，其包括主激光器模塊、主分束模塊和兩個(gè)從激光器模塊；

3、所述主激光器模塊包括主激光器，用于輸出主激光信號(hào)；

4、所述主分束模塊被設(shè)置用于將主激光信號(hào)分束成兩個(gè)主激光信號(hào)分量；

5、所述從激光器模塊包括用于對(duì)主激光信號(hào)分量進(jìn)行信道補(bǔ)償?shù)男诺姥a(bǔ)償單元，以及用于以注入鎖定方式利用經(jīng)信道補(bǔ)償?shù)闹骷す庑盘?hào)分量生成從激光信號(hào)的從激光器單元；

6、其中，所述注入鎖定監(jiān)控光源裝置還包括第一監(jiān)控模塊、第二監(jiān)控模塊和第三監(jiān)控模塊；

7、所述第一監(jiān)控模塊被設(shè)置用于對(duì)主激光信號(hào)分量進(jìn)行光強(qiáng)監(jiān)控；

8、所述第二監(jiān)控模塊被設(shè)置用于對(duì)信道補(bǔ)償單元輸出的光信號(hào)進(jìn)行光強(qiáng)監(jiān)控；

9、所述第三監(jiān)控模塊被設(shè)置用于對(duì)從激光信號(hào)進(jìn)行光強(qiáng)監(jiān)控。

10、進(jìn)一步地，所述第一監(jiān)控模塊包括第一分束單元和第一光強(qiáng)監(jiān)控單元，所述第一分束單元被設(shè)置用于對(duì)主激光信號(hào)分量進(jìn)行分束以將其中的一部分傳輸給第一光強(qiáng)監(jiān)控單元；并且/或者，所述第三監(jiān)控模塊包括第二分束單元和第四光強(qiáng)監(jiān)控單元，所述第二分束單元被設(shè)置用于對(duì)從激光信號(hào)進(jìn)行分束以將其中的一部分傳輸給第四光強(qiáng)監(jiān)控單元。

11、進(jìn)一步地，所述信道補(bǔ)償單元包括噪聲濾波模塊和/或偏振反饋模塊；

12、所述第二監(jiān)控模塊包括用于噪聲濾波模塊的第二光強(qiáng)監(jiān)控單元，和/或用于偏振反饋模塊的第三光強(qiáng)監(jiān)控單元。

13、更進(jìn)一步地，所述第二光強(qiáng)監(jiān)控單元被設(shè)置用于監(jiān)控主激光信號(hào)分量中波長(zhǎng)與主激光器相同部分或不同部分的光強(qiáng)。

14、更進(jìn)一步地，所述從激光器單元包括從激光器，且所述第三光強(qiáng)監(jiān)控單元被設(shè)置用于監(jiān)控主激光信號(hào)分量中偏振態(tài)與從激光器匹配部分或不匹配部分的光強(qiáng)。

15、本發(fā)明的第二方面涉及一種用于雙臂信道結(jié)構(gòu)qkd協(xié)議的抗注入攻擊方法，其包括第一光強(qiáng)監(jiān)控步驟、第二光強(qiáng)監(jiān)控步驟、第三光強(qiáng)監(jiān)控步驟及攻擊判斷步驟；

16、所述第一光強(qiáng)監(jiān)控步驟用于對(duì)主激光信號(hào)分量進(jìn)行光強(qiáng)監(jiān)控并生成第一光強(qiáng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，其中，所述主激光信號(hào)分量由主激光信號(hào)分束而成；

17、所述第二光強(qiáng)監(jiān)控步驟用于在對(duì)主激光信號(hào)分量進(jìn)行信道補(bǔ)償時(shí)，基于主激光信號(hào)分量中的波長(zhǎng)分布和/或偏振態(tài)分布進(jìn)行光強(qiáng)監(jiān)控并生成第二光強(qiáng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)；

18、所述第三光強(qiáng)監(jiān)控步驟用于對(duì)從激光信號(hào)進(jìn)行光強(qiáng)監(jiān)控并生成第三光強(qiáng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，其中，所述從激光信號(hào)是利用經(jīng)信道補(bǔ)償?shù)闹骷す庑盘?hào)分量以注入鎖定的方式生成；

19、所述攻擊判斷步驟用于根據(jù)第一光強(qiáng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、第二光強(qiáng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和第三光強(qiáng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，判斷是否存在注入攻擊。

20、進(jìn)一步地，在所述攻擊判斷步驟中，判斷第三光強(qiáng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的變化范圍是否在第三安全閾值范圍內(nèi)，若是則判斷不存在注入攻擊，否則根據(jù)第一光強(qiáng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和第二光強(qiáng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)判斷是否存在注入攻擊。

21、更進(jìn)一步地，在根據(jù)第一光強(qiáng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和第二光強(qiáng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)判斷是否存在注入攻擊時(shí)，判斷第一光強(qiáng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的變化范圍是否在第一安全閾值范圍內(nèi)，若是則根據(jù)第二光強(qiáng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)判斷是否存在注入攻擊，否則判斷存在注入攻擊。

22、再進(jìn)一步地，所述第二光強(qiáng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)包括第一光強(qiáng)監(jiān)控值和/或第二光強(qiáng)監(jiān)控值，所述第一光強(qiáng)監(jiān)控值為主激光信號(hào)分量中波長(zhǎng)與用于生成主激光信號(hào)的主激光器相同部分或不同部分的光強(qiáng)，所述第二光強(qiáng)監(jiān)控值為主激光信號(hào)分量中偏振態(tài)與用于生成從激光信號(hào)的從激光器匹配部分或不匹配部分的光強(qiáng)；并且，

23、在根據(jù)第二光強(qiáng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)判斷是否存在注入攻擊時(shí)，如果第一光強(qiáng)監(jiān)控值的變化范圍超出第一光強(qiáng)監(jiān)控安全閾值范圍，和/或第二光強(qiáng)監(jiān)控值的變化范圍超出第二光強(qiáng)監(jiān)控安全閾值范圍，則判斷存在注入攻擊。

24、優(yōu)選地，本發(fā)明的抗注入攻擊方法可以借助上述注入鎖定監(jiān)控光源裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。