本發(fā)明屬于量子保密通信技術領域，涉及量子密鑰分配(qkd)系統(tǒng)中用來實現(xiàn)量子密鑰分配設備的自動化配置，尤其涉及一種量子密鑰分配設備的自動化配置方法與系統(tǒng)。

背景技術：

量子保密通信結合了量子物理原理和現(xiàn)代通信技術。量子保密通信通過量子物理原理保障異地密鑰協(xié)商過程和結果的安全性，與“一次一密”加密技術結合，可以實現(xiàn)不依賴算法復雜度的保密通信。量子保密通信的基礎是量子密鑰分配(qkd)，量子密鑰分配利用量子力學原理，可實現(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。

量子保密通信技術已經(jīng)從實驗室走向了實際應用。世界各地已建成或正在建設量子保密通信網(wǎng)：2007年美國darpa展示了構建覆蓋全國的量子保密通信網(wǎng)絡規(guī)劃；歐洲12個國家于2008年10月在維也納建成了5節(jié)點的量子保密通信網(wǎng)絡，其后將節(jié)點數(shù)擴展到8個；日本于2010年建成東京量子密碼網(wǎng)絡；中國于2009年在安徽蕪湖建成首個“量子政務網(wǎng)”；2016年即將建成超過1000公里的“京滬量子保密干線”；量子保密通信技術的應用已經(jīng)展開。

這些量子保密通信網(wǎng)的網(wǎng)絡層級結構一般分為三層，第一層是量子密鑰分配層，由量子密鑰分配設備和量子路由交換設備組成，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層，用來實現(xiàn)密鑰的管理并對用戶提供密鑰服務；第三層是量子密鑰應用層，由各種密碼應用設備組成，例如各種加密機、vpn等，這些密碼應用設備接收第二層提供的密鑰，并對要傳輸?shù)男畔⑦M行加密，從而實現(xiàn)保密通信。

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

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有量子密鑰分配設備的不足，提供一種量子密鑰分配設備的自動化配置方法與系統(tǒng)，本量子密鑰分配設備的自動化配置方法與系統(tǒng)簡單有效，可實時配置設備或系統(tǒng)中與線路環(huán)境相關的三個重要參數(shù)，實現(xiàn)設備或系統(tǒng)對線路環(huán)境的自適應和自動配置，簡化了設備或系統(tǒng)的安裝調(diào)試過程和使用過程中的維護，大大降低了后期的量子網(wǎng)絡運營成本。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采取的技術方案為：量子密鑰分配設備的自動化配置方法，包括發(fā)射端和接收端；發(fā)射端的量子光激光器發(fā)出的激光脈沖，經(jīng)第一光衰減器衰減至單光子水平后，形成單光子水平的量子光，單光子水平的量子光進入編碼器被編碼；發(fā)射端的同步光激光器發(fā)出的同步光，經(jīng)第二光衰減器衰減后，產(chǎn)生同步光脈沖，然后同步光脈沖與單光子水平的量子光通過合光器合在一起，然后進入公共信道，通過公共信道后達到接收端；通過接收端的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，輸出同步時鐘信號用來觸發(fā)單光子探測器；單光子水平的量子光進入解碼器被解碼；被解碼的單光子水平的量子光最后被單光子探測器探測；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；

其特征在于還包括同步光光強掃描：第一步，固定同步光激光器的觸發(fā)頻率，將同步光激光器的功率設為最大，將第二光衰減器的衰減量設為零，同步光脈沖與單光子水平的量子光經(jīng)過公共信道后，同步光探測器輸出的同步時鐘信號的頻率與量子光激光器的觸發(fā)頻率相同；第二步，逐漸增大第二光衰減器的衰減量，直到同步光探測器輸出的同步時鐘信號的頻率開始降低，這時到達同步光探測器的光強即為同步光探測器可探測的最小光強，記下此時第二光衰減器的衰減量a；第三步，為了使同步光探測器不會丟失信號，將第二光衰減器的衰減量設置為比衰減量a小，從而使到達同步光探測器的光強比同步光探測器可探測的最小光強大，以使同步時鐘信號不會丟失。

作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，還包括單光子探測器延時掃描：同步光探測器輸出的同步時鐘信號，經(jīng)延時器延時后，用來對單光子探測器進行門觸發(fā)；對延時器的延時量從零到最大進行掃描，即對單光子探測器的門觸發(fā)時間窗口從零到最大進行調(diào)節(jié)；掃描過程中，如果單光子探測器在某一掃描點上得到的探測計數(shù)最大，則在此掃描點上，單光子信號落在門觸發(fā)時間窗口內(nèi)的幾率最大，記下此時的延時值，并設置此值為延時器的延時量，即確定了單光子探測器的門觸發(fā)時間窗口；如果公共信道改變，導致光脈沖延時差改變，那么重新對延時器的延時量進行掃描，找到單光子探測器最大計數(shù)對應的新的掃描點，從而確定新的門觸發(fā)時間窗口。

作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，還包括調(diào)相器調(diào)相電壓掃描：將所需要的編碼器中的調(diào)相器的輸出結果作為參考值，對加載在編碼器中的調(diào)相器上的調(diào)相電壓從零到最大進行掃描，找到在某個掃描點上，編碼器中的調(diào)相器的輸出與參考值一致，設置此掃描點對應的電壓為編碼器中的調(diào)相器的工作電壓，即得到需要的編碼器中的調(diào)相器的調(diào)相結果。

作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，同步光光強掃描步驟中，為了使同步光探測器不會丟失信號，將第二光衰減器的衰減量設置為比衰減量a小0.5-10個db，從而使到達同步光探測器的光強比同步光探測器可探測的最小光強大0.5-10個db，以使同步時鐘信號不會丟失。

作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，公共信道是光纖或者自由空間。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采取的另一種技術方案為：量子密鑰分配設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行編碼；編碼器一般由調(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，進入公共信道，通過公共信道后達到接收端；

接收端包括分光器、解碼器、同步光探測器、延時器和單光子探測器；

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，并輸出同步時鐘信號；所述同步時鐘信號經(jīng)過延時器延時后用來觸發(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。

作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，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。

作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，公共信道是光纖或者自由空間。

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

本發(fā)明針對于基于相位編碼的bb84(或b92)協(xié)議的量子密鑰分配設備的自動化配置方法與系統(tǒng)，可實現(xiàn)設備或系統(tǒng)對線路環(huán)境的自適應和自動配置，簡化了設備或系統(tǒng)的實際安裝過程，降低了設備或系統(tǒng)對專業(yè)人員的要求，同時大大降低了網(wǎng)絡的維護成本。

具體實施方式

實施例1

本量子密鑰分配設備的自動化配置方法，包括發(fā)射端和接收端；發(fā)射端的量子光激光器發(fā)出的激光脈沖，經(jīng)第一光衰減器衰減至單光子水平后，形成單光子水平的量子光，單光子水平的量子光進入編碼器被編碼；發(fā)射端的同步光激光器發(fā)出的同步光，經(jīng)第二光衰減器衰減后，產(chǎn)生同步光脈沖，然后同步光脈沖與單光子水平的量子光通過合光器合在一起，然后進入公共信道，通過公共信道后達到接收端；通過接收端的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，輸出同步時鐘信號用來觸發(fā)單光子探測器；單光子水平的量子光進入解碼器被解碼；被解碼的單光子水平的量子光最后被單光子探測器探測；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，還包括同步光光強掃描：第一步，固定同步光激光器的觸發(fā)頻率，將同步光激光器的功率設為最大，將第二光衰減器的衰減量設為零；經(jīng)過公共信道后，同步光探測器輸出的同步時鐘信號的頻率與激光器的觸發(fā)頻率相同；第二步，逐漸增大第二光衰減器的衰減量，直到同步光探測器輸出的同步時鐘信號的頻率開始降低，這時到達同步光探測器的光強即為同步光探測器可探測的最小光強，記下此時第二光衰減器的衰減量a；第三步，為了使同步光探測器不會丟失信號，將第二光衰減器的衰減量設置為比a小幾個db，從而到達同步光探測器的光強比同步光探測器可探測的最小光強大幾個db，保證了同步時鐘信號不會丟失。這里說明一下，沒有將第二光衰減器的衰減量設為零的原因是：量子光信號是單光子，如果第二光衰減器的衰減為零，則同步光太強，會干擾量子光信號；因此需要將同步光光強調(diào)節(jié)到比較小、又能讓同步光探測器能探測到的一個合理的區(qū)間值。

作為優(yōu)選方案，還包括單光子探測器延時掃描：在同步光探測器與單光子探測器之間加入延時器，同步光探測器輸出的同步時鐘信號，經(jīng)延時器延時后，對單光子探測器進行門觸發(fā)；對延時器的延時量從零到最大進行掃描，即是對單光子探測器的門觸發(fā)時間窗口從零到最大進行調(diào)節(jié)；掃描過程中，如果單光子探測器在某一掃描點上得到的探測計數(shù)最大，則在此掃描點上，單光子信號落在門觸發(fā)時間窗口內(nèi)的幾率最大，記下此時的延時值，并設置此值為延時器的延時量，即確定了單光子探測器的門觸發(fā)時間窗口；如果公共信道改變，導致光脈沖延時差改變，那么重新對延時器的延時量進行掃描，找到單光子探測器最大計數(shù)對應的新的掃描點，從而確定新的門觸發(fā)時間窗口；

作為優(yōu)選方案，還包括調(diào)相器調(diào)相電壓掃描：公共信道改變光的偏振態(tài)，從而改變調(diào)相器的調(diào)相結果。由于公共信道的復雜性，目前無法得到公共信道對光偏振態(tài)影響的一般規(guī)律。在這種情況下，利用比對法，將所需要的編解碼器中的調(diào)相器的輸出結果作為參考值，對加載在編解碼器中的調(diào)相器上的調(diào)相電壓從零到最大進行掃描，找到在某個掃描點上，編解碼器中的調(diào)相器的輸出與參考值一致，設置此掃描點對應的電壓為編解碼器中的調(diào)相器的工作電壓，即可得到需要的編解碼器中的調(diào)相結果。由于公共信道對調(diào)相結果的改變是一個慢變的過程，因此實時并快速的進行調(diào)相電壓掃描，可以保障調(diào)相結果基本不受公共信道的影響。

作為優(yōu)選方案，同步光光強掃描步驟中，為了使同步光探測器不會丟失信號，將第二光衰減器的衰減量設置為比衰減量a小0.5-10db，從而使到達同步光探測器的光強比同步光探測器可探測的最小光強大0.5-10db，以使同步時鐘信號不會丟失。公共信道是光纖或者自由空間。

本發(fā)明基于相位編碼的bb84(或b92)協(xié)議，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，進入編碼器被編碼。編碼器一般由調(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。同時發(fā)射端還有一個同步光激光器，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，輸出同步時鐘信號，用來觸發(fā)單光子探測器。單光子水平的量子光進入解碼器被解碼。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。在這個系統(tǒng)中，有三個參數(shù)需要根據(jù)公共信道的實際情況進行調(diào)整。第一是同步光的光強。同步光探測器輸出的是同步時鐘信號，同步時鐘信號不能出現(xiàn)錯誤，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。當同步光探測器的最小探測光功率一定時，公共信道的衰減越大，則要求同步光的光強越大。第二是單光子探測器的門觸發(fā)時間窗口。在公共信道為光纖時，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)的時間內(nèi)可以探測單光子信號，沒有門觸發(fā)時無法探測單光子信號。這時要求單光子信號到達單光子探測器的時間窗口必須落在門觸發(fā)的時間窗口內(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，公共信道的延時，到達接收端，再經(jīng)過解碼器的延時，最后到達單光子探測器。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，公共信道的延時，到達接收端后被探測。公共信道對兩路光的延時差，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)時間窗口的延時，使門觸發(fā)時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單光子探測器時間窗口落在門觸發(fā)的時間窗口內(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)相結果。而這種調(diào)相器的調(diào)相結果一般與光的偏振態(tài)相關。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)相結果。因此需要采取一定的措施，保障調(diào)相結果不受公共信道的影響。

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

實施例2

本量子密鑰分配設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行編碼；編碼器一般由調(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，進入公共信道，通過公共信道后達到接收端；接收端包括分光器、解碼器、同步光探測器、延時器和單光子探測器；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，并輸出同步時鐘信號；所述同步時鐘信號用來觸發(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。其他部分與實施例1相同，不再詳述。