Устройство квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием Российский патент 2019 года по МПК H04L9/08 H04B10/85 

Описание патента на изобретение RU2692431C1

Изобретение относится к криптографической технике, а именно к системам квантовой рассылки криптографического ключа.

Известны устройства квантовой рассылки криптографического ключа [Патент США №7266304, дата публикации 06.05.2004., дата приоритета 04.09.2007. МКИ: Н04В 10/00; H04K 1/00], содержащее соединенные посредством волоконно-оптической линии связи, передающее устройство, включающее, расположенные последовательно по ходу излучения источник монохроматического излучения, электрооптический фазовый модулятор и аттенюатор, а также устройство сдвига фазы, выход которого соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора, а вход устройства сдвига фазы соединен с выходом генератора радиочастотного сигнала, и приемное устройство, включающее электрооптический фазовый модулятор, выход которого оптически сопряжен с первым портом оптического циркулятора, первый спектральный фильтр, оптически сопряженный со вторым портом оптического циркулятора, и второй спектральный фильтр, оптически сопряженный с третьим портом оптического циркулятора, первый и второй приемники одиночных фотонов расположены за первым и вторым спектральными фильтрами соответственно по ходу излучения, управляющий вход электрооптического фазового модулятора соединен с выходом устройства сдвига фазы, к входу которого подключен выход генератора радиочастотного сигнала, волоконно-оптическая линия связи оптически сопряжена с аттенюатором передающего устройства и с входом электрооптического фазового модулятора приемного устройства, устройство содержит блок синхронизации, первый и второй выходы которого соединены с входами генератора радиочастотного сигнала приемного и передающего устройств соответственно. [Патент США №6272224 В1, дата публикации 07.04.2001., дата приоритета 07.08.2001. МКИ: H04L 9/08; H04K 1/00], содержащее, соединенные посредством волоконно-оптической линии связи, передающее устройство, включающее расположенные последовательно по ходу излучения источник монохроматического излучения, электрооптический фазовый модулятор и аттенюатор, а также устройство сдвига фазы, выход которого соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора, а вход устройства сдвига фазы соединен с выходом генератора радиочастотного сигнала, и приемное устройство, включающее электрооптический фазовый модулятор, выход которого оптически сопряжен со спектральным фильтром, который оптически сопряжен с приемником классического излучения и приемником одиночных фотонов, управляющий вход электрооптического фазового модулятора соединен с выходом устройства сдвига фазы, к входу которого подключен выход генератора радиочастотного сигнала, волоконно-оптическая линия связи оптически сопряжена с аттенюатором передающего устройства и с входом электрооптического фазового модулятора приемного устройства, устройство содержит блок синхронизации, первый и второй выходы которого соединены с входами генератора радиочастотного сигнала приемного и передающего устройств соответственно, а также блок управления фазовым сдвигом, первый и второй выходы которого соединены с синхронизационными входами устройства сдвига фазы приемного и передающего устройств соответственно.

Наиболее близким к предлагаемому устройству квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием является устройство квантовой рассылки криптографического ключа на поднесущей частоте модулированного излучения [Патент РФ RU 2454810 (С1), дата публикации 2012-06-27., дата приоритета 24.11.2010. МКИ: H04L 9/08], содержащее, соединенные посредством волоконно-оптической линии связи, передающее устройство, включающее расположенные последовательно по ходу излучения источник монохроматического излучения, электрооптический фазовый модулятор и аттенюатор, а также устройство сдвига фазы, выход которого соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора, а вход устройства сдвига фазы соединен с выходом генератора радиочастотного сигнала, и приемное устройство, включающее электрооптический фазовый модулятор, приемник классического излучения, оптически сопряженный со спектральным фильтром и приемник одиночных фотонов, электрооптический фазовый модулятор подключен к устройству сдвига фазы, к входу которого подключен выход генератора радиочастотного сигнала, волоконно-оптическая линия связи оптически сопряжена с аттенюатором передающего устройства, устройство содержит блок синхронизации, первый и второй выходы которого соединены с входами генератора радиочастотного сигнала приемного и передающего устройств соответственно, причем электрооптический фазовый модулятор в приемном устройстве выполнен из двух расположенных по ходу излучения электрооптических фазовых модуляторов, управляющие входы которых соединены с первым и вторым выходом устройства сдвига фазы соответственно, причем выход первого электрооптического фазового модулятора оптически сопряжен с выходом второго электрооптического фазового модулятора, за модуляторами по ходу излучения установлено фарадеевское зеркало, оптически сопряженное с входом второго электрооптического фазового модулятора, в приемное устройство введен оптический циркулятор, первый порт которого оптически сопряжен с волоконно-оптической линией связи, второй порт оптически сопряжен с входом первого электрооптического фазового модулятора, третий порт оптически сопряжен со спектральным фильтром, а четвертый порт оптически сопряжен с входом приемника одиночных фотонов, устройство синхронизации имеет третий и четвертый выходы, которые соединены с синхронизационными входами устройств сдвига фазы приемного и передающего устройств соответственно.

Представленное устройство по прототипу имеет недостаток, в виде наличия многофотонной несущей составляющей в квантовом канале, что, в свою очередь, ведет к возможности появления нелинейной фазовой модуляции в канале, и к неустойчивости системы к атакам направленным на подсчет количества фотонов в канале со стороны нелегитимного участника.

Технической проблемой является снижение влияния несущей частоты на достоверность рассылки криптографического ключа по квантовому каналу.

Изобретение решает задачу: повышает достоверность рассылки криптографического ключа по квантовому каналу за счет исключения несущей из структуры сигнала, передаваемого по квантовому каналу рассылки ключа.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении достоверности рассылки криптографического ключа по квантовому каналу.

Технический результат в устройстве квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, содержащем соединенные между собой волоконно-оптической линией связи передающее устройство и приемное устройство; а также блок синхронизации; при этом передающее устройство включает в себя источник монохроматического излучения, электрооптический фазовый модулятор передающего устройства, выход которого оптически сопряжен с входом аттенюатора, выход аттенюатора оптически сопряжен с входом волоконно-оптической линии связи; а также устройство сдвига фазы передающего устройства, вход которого соединен с первым выходом генератора радиочастотного сигнала передающего устройства; при этом приемное устройство, включает в себя электрооптический фазовый модулятор приемного устройства, оптический циркулятор, второй порт оптического циркулятора оптически сопряжен с входом спектрального фильтра, третий порт оптического циркулятора оптически сопряжен с входом приемника одиночных фотонов, выход приемника одиночных фотонов является первым выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, выход спектрального фильтра оптически сопряжен с входом приемника классического излучения, выход приемника классического излучения является вторым выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, а также устройство сдвига фазы приемного устройства, вход устройства сдвига фазы приемного устройства соединен с первым выходом генератора радиочастотного сигнала приемного устройства; при этом первый и второй выходы блока синхронизации соединены с синхронизационными входами генератора радиочастотного сигнала передающего устройства и генератора радиочастотного сигнала приемного устройства соответственно, третий и четвертый выходы блока синхронизации соединены с синхронизационными входами устройства сдвига фазы передающего устройства и устройства сдвига фазы приемного устройства соответственно, достигается тем, что в передающее устройство дополнительно введены электрооптический амплитудный модулятор передающего устройства и преобразователь радиочастотного сигнала передающего устройства, при этом вход электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства оптически сопряжен с выходом источника монохроматического излучения, выход электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства оптически сопряжен с входом электрооптического фазового модулятора передающего устройства, а управляющий вход электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства соединен с выходом устройства сдвига фазы передающего устройства, вход преобразователя радиочастотного сигнала передающего устройства соединен с вторым выходом генератора радиочастотного сигнала передающего устройства, а выход преобразователя радиочастотного сигнала передающего устройства соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора передающего устройства; в приемное устройство также дополнительно введены электрооптический амплитудный модулятор приемного устройства, преобразователь радиочастотного сигнала приемного устройства, при этом вход электрооптического амплитудного модулятора приемного устройства оптически сопряжен с выходом электрооптического фазового модулятора приемного устройства, выход электрооптического амплитудного модулятора приемного устройства оптически сопряжен с первым портом оптического циркулятора, управляющий вход электрооптического амплитудного модулятора приемного устройства соединен с выходом устройства сдвига фазы приемного устройства, вход преобразователя радиочастотного сигнала приемного устройства соединен с вторым выходом генератора радиочастотного сигнала приемного устройства, выход преобразователя радиочастотного сигнала приемного устройства соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора приемного устройства, вход электрооптического фазового модулятора приемного устройства оптически сопряжен с выходом волоконно-оптической линии связи.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 - схема устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием. На фиг. 2 - частотный спектр исходного сигнала. На фиг. 3 - частотный спектр амплитудно-модулированного сигнала. На фиг. 4 - частотный спектр фазо-коммутированного сигнала. На фиг. 5 - частотный спектр рефазо-коммутированного сигнала. На фиг. 6 - частотный спектр амплитудно-ремодулированного сигнала в случае, когда разность фаз двух модулирующих сигналов равна 0. На фиг. 7 - частотный спектр амплитудно-ремодулированного сигнала в случае, когда разность фаз двух модулирующих сигналов равна π. На фиг. 8 - частотный спектр несущей частоты поступающей на приемник классического излучения. На фиг. 9 - частотный спектр сигнала поступающего на приемник одиночных фотонов.

Заявляемое устройство квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, изображенное на Фиг. 1, содержит соединенные между собой волоконно-оптической линией связи 1, передающее устройство 2 и приемное устройство 3, а также блок синхронизации 4; при этом передающее устройство 2 включает в себя: последовательно оптически сопряженные, источник монохроматического излучения 5, электрооптический амплитудный модулятор передающего устройства 6, электрооптический фазовый модулятор передающего устройства 7 и аттенюатор 8, выход аттенюатора 8 является выходом передающего устройства 2 и оптически сопряжен с входом волоконно-оптической линии связи 1, а также устройство сдвига фазы передающего устройства 9, вход устройства сдвига фазы передающего устройства 9 соединен с первым выходом генератора радиочастотного сигнала передающего устройства 10, а выход устройства сдвига фазы передающего устройства 9 соединен с управляющим входом электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства 6, второй выход генератора радиочастотного сигнала передающего устройства 10 соединен с входом преобразователя радиочастотного сигнала передающего устройства 11, выход преобразователя радиочастотного сигнала передающего устройства 11 соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора передающего устройства 7, первый и второй выходы генератора радиочастотного сигнала передающего устройства 10 идентичны друг другу; при этом приемное устройство 3 включает в себя: последовательно оптически сопряженные, электрооптический фазовый модулятор приемного устройства 12, электрооптический амплитудный модулятор приемного устройства 13 и оптический циркулятор 14, при этом второй порт оптического циркулятора 14 оптически сопряжен с входом спектрального фильтра 15, а третий порт оптического циркулятора 14 оптически сопряжен с входом приемника одиночных фотонов 16, выход приемника одиночных фотонов 16 является первым выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, выход спектрального фильтра 15 оптически сопряжен с входом приемника классического излучения 17, выход приемника классического излучения 17 является вторым выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, а также устройство сдвига фазы приемного устройства 18, вход устройства сдвига фазы приемного устройства 18 соединен с первым выходом генератора радиочастотного сигнала приемного устройства 19, а выход устройства сдвига фазы приемного устройства 18 соединен с управляющим входом электрооптического амплитудного модулятора приемного устройства 13, второй выход генератора радиочастотного сигнала приемного устройства 19 соединен с входом преобразователя радиочастотного сигнала приемного устройства 20, выход преобразователя радиочастотного сигнала приемного устройства 20 соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора приемного устройства 12, первый и второй выходы генератора радиочастотного сигнала приемного устройства 19 идентичны друг другу, при этом вход электрооптического фазового модулятора приемного устройства 12 является входом приемного устройства 3 и оптически сопряжен с выходом волоконно-оптической линии связи 1; при этом блок синхронизации 4 соединен так, что его первый и второй выходы соединены с синхронизационными входами генератора радиочастотного сигнала передающего устройства 10 и генератора радиочастотного сигнала приемного устройства 19 соответственно, третий и четвертый выходы блока синхронизации 4 соединены с синхронизационными входами устройства сдвига фазы передающего устройства 9 и устройства сдвига фазы приемного устройства 18 соответственно, при этом элементы, входящие в состав передающего устройства 2, источник монохроматического излучения 5, аттенюатор 8, устройство сдвига фазы передающего устройства 9, генератор радиочастотного сигнала передающего устройства 10, преобразователь радиочастотного сигнала передающего устройства 11, и элементы, входящие в состав приемного устройства 3, приемник одиночных фотонов 16, приемник классического излучения 17, устройство сдвига фазы приемного устройства 18, генератор радиочастотного сигнала приемного устройства 19, преобразователь радиочастотного сигнала приемного устройства 20, а также блок синхронизации 4, имеют систему электропитания, которая на схеме не указана.

Рассмотрим устройство квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием изображенный на Фиг. 1 в работе. Предварительно включают систему электропитания и подают напряжение на элементы входящие в состав передающего устройства 2, источник монохроматического излучения 5, аттенюатор 8, устройство сдвига фазы передающего устройства 9, генератор радиочастотного сигнала передающего устройства 10, преобразователь радиочастотного сигнала передающего устройства 11, и на элементы входящие в состав приемного устройства 3, приемник одиночных фотонов 16, приемник классического излучения 17, устройство сдвига фазы приемного устройства 18, генератор радиочастотного сигнала приемного устройства 19, преобразователь радиочастотного сигнала приемного устройства 20, а также на блок синхронизации 4. На передающем устройстве 2, источником монохроматического излучения 5 генерируется световой пучок с частотой ω0 (фиг. 2). Излучение подвергается амплитудной модуляции в электрооптическом амплитудном модуляторе передающего устройства 6. В простейшем случае применяется периодическая синусоидальная модуляция. Источником синусоидального сигнала является генератор радиочастотного сигнала передающего устройства 10. В результате амплитудной модуляции в спектре сигнала появляются две боковые частоты ω0а и ω0а (фиг. 3), отстоящие от основной частоты оптического сигнала ω0 на величину частоты Ωа (фиг. 3) (Ωа - частота модулирующего радиочастотного сигнала для амплитудной модуляции). Далее амплитудно-модулированный сигнал проходит фазовую коммутацию в электрооптическом фазовом модуляторе передающего устройства 7, применяется такая прямоугольная фазовая модуляция, при которой фаза модуляции переворачивается на 180 градусов при каждом прохождении нулевой точки синусоидальной модуляции, вследствие чего вся энергия несущей частоты перекачивается в боковые составляющие ω0ф и ω0ф (фиг. 4) (Ωф - частота модулирующего радиочастотного сигнала для фазовой модуляции), тем самым, из квантового канала передачи исключается многофотонная несущая частота. Источником прямоугольного сигнала является преобразователь радиочастотного сигнала передающего устройства 11. Далее световой пучок ослабляется до однофотонного уровня с помощью аттенюатора 8. Необходимо, чтобы среднее время между двумя генерируемыми фотонами в одном импульсе было больше, чем время передачи одного бита информации. Это условие обеспечивается изменением индекса модуляции, а именно регулировкой амплитуды модулирующего сигнала, осуществляющейся в генераторе радиочастотного сигнала передающего устройства 10 и генераторе радиочастотного сигнала приемного устройства 18. Информационный бит кодируется путем внесения в модулирующий сигнал некоторого фазового сдвига ФАА - фазовый сдвиг, вводимый в передающем устройстве 2). Фазовый сдвиг регулируется устройством сдвига фазы передающего устройства 9. Передающее устройство 2 соединено с приемным устройством 3 волоконно-оптической линией связи 1, представляющей собой квантовый канал.

Фазо-коммутированный сигнал (фиг. 4) передается на приемное устройство 3, где подвергается повторной фазовой коммутации (рефазо-коммутация) в электрооптическом фазовом модуляторе приемного устройства 12 для восстановления из боковых составляющих ω0ф и ω0ф (фиг. 4) несущую частоту ω0 (фиг. 5) для дальнейшей повторной амплитудной модуляции (ремодуляции) в электрооптическом амплитудном модуляторе приемного устройства 13. На приемном устройстве используется свой преобразователь радиочастотного сигнала приемного устройства 20 и генератор радиочастотного сигнала приемного устройства 19. В амплитудно-модулирующий сигнал также вносится некоторый фазовый сдвиг ФББ - фазовый сдвиг, вводимый в приемном устройстве 3), устройством сдвига фазы приемного устройства 18. Интенсивность излучения на поднесущий частотах ω0а и ω0а (фиг. 6), зависит от значений фазового сдвига, внесенных на устройстве сдвига фазы передающего устройства 9 (ФА) и на устройстве сдвига фазы приемного устройства 18 (ФБ). В случае, когда модулирующие радиочастотные сигналы передающего устройства 2 и приемного устройства 3 синфазные ΔФ=0, т.е. разность фаз двух модулирующих радиочастотных сигналов равна нулю (ФАБ=0), на поднесущих частотах ω0а и ω0а (фиг. 6) наблюдается конструктивная интерференция, и интенсивность оптического сигнала максимальна. В случае, когда модулирующие радиочастотные сигналы передающего устройства 2 и приемного устройства 3 находятся в противофазе ΔФ=π, т.е. разность фаз модулирующих сигналов равна π (ФАБ=π), наблюдается деструктивная интерференция, и интенсивность сигнала на поднесущих частотах ω0а и ω0а (фиг. 7) фактически равняется нулю.

Из электрооптического амплитудного модулятора приемного устройства 13 сигнал попадает на первый порт оптического циркулятора 14. Оптический циркулятор 14 направляет пришедший сигнал, через второй порт, на спектральный фильтр 15. В спектральном фильтре 15 разделяются спектральные составляющие сигнала. Сигнал на несущей частоте ω0 (фиг. 8) который является опорным сигналом, проходит через спектральный фильтр 15 и попадает в приемник классического излучения 17. Сигналы на поднесущих частотах ω0а и ω0а (фиг. 9) отражается от спектрального фильтра 15 и обратно попадает во второй порт оптического циркулятора 14. Из второго порта оптического циркулятора 14 сигнал направляется в третий порт, после чего следует на вход приемника одиночных фотонов 16.

Сигналы на основной частоте ω0 (фиг. 8) и на поднесущих частотах ω0а и ω0а (фиг. 9) детектируются отдельно. Сигнал на основной частоте ω0 (фиг. 8) является опорным сигналом и детектируется приемником классического излучения 17. Его детектирование необходимо для подтверждения присутствия переданного информационного бита. Сигнал на поднесущих частотах ω0а и ω0а (фиг. 9) регистрируется приемником одиночных фотонов 16. Данные, полученные с приемника одиночных фотонов 16, и с приемника классического излучения 17, передаются соответственно через первый и второй выход устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием на компьютер (который на схеме не указан), и дальнейшая обработка этих данных производится на компьютере. Анализируя сигналы на поднесущих частотах ω0а и ω0а (фиг. 9) оптического излучения, интенсивность которых зависит от разности фаз ФА и ФБ двух модулирующих сигналов, передающее устройство и приемное устройство получают секретный криптографический ключ и делают вывод о присутствии подслушивающего злоумышленника.

Блок синхронизации 4 обеспечивает стабильность частоты модулирующих радиочастотных сигналов передающего устройства 2 и приемного устройства 3, а также контролирует тактовую частоту последовательности значений фазового сдвига на устройстве сдвига фазы передающего устройства 9 и устройстве сдвига фазы приемного устройства 18.

Устройство квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием может быть реализован на следующих элементах, рассчитанных на работу на длине волны 1550 нм (возможны и другие длины волн):

- волоконно-оптическая линия связи 1, представляет собой одномодовое волокно SMF-28 1550 нм различных производителей. Например: эталонные шнуры или кабели на волокне SMF-28 фирмы Corning, ТЕЛЕКОМ-ТЕСТ фирмы ООО «Производственно-торговая компания СОКОЛ», АО «ОФС РУС Волоконно-Оптическая Кабельная Компания», ЗАО "Самарская оптическая кабельная компания", ЗАО "ВИКТАН" - ПРЕДСТАВИТЕЛЬ В РФ ПАО "ЗАВОД "ЮЖКАБЕЛЬ", Broadcom Limited (Сингапур и США), Fiber Instrument Sales Inc. (США), Eoptolink Technology Inc., Ltd. (Китай), Sumix (США), OPTOKON a.s. (Чехия), Optoway Technologies Inc. (Тайвань), Kamaxoptic Communication Co., Ltd. (Шэньчжэнь, Китай), Kaiphone Technology Co., Ltd. (Китай), Industrial Fiber Optics (США), Allray Inc. (Китай), Nestor Cables Oy (Финляндия) и т.д.

Устройства, входящие в передающее устройство 2 могут быть реализованы на следующих элементах:

- источник монохроматического излучения 5, может быть выполнен, как одночастотный полупроводниковый лазер с волоконным выходом, с перестраиваемой длиной волны в диапазоне 1510-1560 нм и перестраиваемым значением выходной мощности от 3 до 10 мВт различных производителей. Например: PHOENIX 1200 - перестраиваемый лазер - фирмы LUNA Luna Innovations Incorporated (США) или PHOENIX 1000 - перестаиваемые ECDL лазеры - фирмы LUNA Luna Innovations Incorporated (США) или 1752A - 1,5 мкм лазерные диоды стандарта DOCSIS 3.1 - фирмы EMCORE (США), Короткоимпульсный лазерный источник ID300 - фирмы ID Quantique (Швейцария) и т.д.

- электрооптический амплитудный модулятор передающего устройства 6, может быть построен на кристалле ниобата лития (LiNbO3) с потерями на пропускание 2.5-3 дБ различных производителей. Например: MXAN-LN-10 - аналоговый 1550 нм 12 ГГц оптический модулятор - фирмы iXBlue Photonics (Франция), LN81S-FC - Zero-Chirp, 10 GHz Intensity Mod., Integrated PD and Replaceable GPO Conn, FC/PC - фирмы Thorlabs (США), LN82S-FC - Fixed-Chirp, 10 GHz Intensity Mod., Integrated PD and Replaceable GPO Connector, FC/PC - фирмы Thorlabs (США) LN58S-FC - 20 GHz Low Vpi Analog Modulator, FC/PC Connectorized - фирмы Thorlabs (США) и т.д.

- электрооптический фазовый модулятор передающего устройства 7, может быть построен на кристалле ниобата лития (LiNbO3) с потерями на пропускание 2.5-3 дБ различных производителей. Например MPZ-LN-10 - 1550 нм 12 ГГц фазовый модулятор - фирмы iXBlue Photonics (Франция), LN65S-FC - 10 GHz Phase Modulator with Polarizer, FC/PC Connectors - фирмы Thorlabs (США), LN53S-FC - 10 GHz Phase Modulator without Polarizer, FC/PC Connectors - фирмы Thorlabs (США) и т.д.

- аттенюатор 8, может быть выполнен, как одномодовый регулируемый аттенюатор различных производителей. Например: VOA50-APC Одномодовый регулируемый аттенюатор, рабочая длина волны: 1310/1550 нм, макс, ослабление: 50 дБ, разъемы: FC/APC, - фирмы Thorlabs (США), VOA50-FC - Одномодовый регулируемый аттенюатор, рабочая длина волны: 1310/1550 нм, макс, ослабление: 50 дБ, разъемы: FC/PC, - фирмы Thorlabs (США), VOA50 - Одномодовый регулируемый аттенюатор, рабочая длина волны: 1310/1550 нм, макс, ослабление: 50 дБ, без разъемов, - фирмы Thorlabs (США), V1550F - Электронный регулируемый аттенюатор, рабочий диапазон: 1250 - 1650 нм, разъем: FC/PC, - фирмы Thorlabs (США) и т.д.

- устройство сдвига фазы передающего устройства 9, может быть выполнено, как программируемый фазовращатель. Например: LPS-402 программируемый фазовращатель USB с пропускной способностью 2 ГГц и LPS-802 программируемый фазовращатель USB с пропускной способностью 4 ГГц - фирмы Vaunix (США)

- генератор радиочастотного сигнала передающего устройства 10, может быть выполнен, как программируемый USB-генератор сигналов. Например: LMS-802DX 2,0-8,0 ГГц программируемый USB-генератор сигналов - фирмы Vaunix (США)

- преобразователь радиочастотного сигнала приемного устройства 11, может быть выполнен как триггер Шмитта. Например: SN74LVC2G17 Dual Schmitt-Trigger Buffer - фирмы Texas Instruments (США)

Устройства, входящие в приемное устройство 3 могут быть реализованы на следующих элементах:

- электрооптический фазовый модулятор приемного устройства 12, может быть построен на кристалле ниобата лития (LiNbO3) с потерями на пропускание 2.5-3 дБ различных производителей. Например MPZ-LN-10 - 1550 нм 12 ГГц фазовый модулятор - фирмы iXBlue Photonics (Франция), LN81S-FC - Zero-Chirp, 10 GHz Intensity Mod., Integrated PD and Replaceable GPO Conn, FC/PC - фирмы Thorlabs (США), LN82S-FC - Fixed-Chirp, 10 GHz Intensity Mod., Integrated PD and Replaceable GPO Connector, FC/PC - фирмы Thorlabs (США) и т.д.

- электрооптический амплитудный модулятор приемного устройства 13, может быть построен на кристалле ниобата лития (LiNbO3) с потерями на пропускание 2.5-3 дБ различных производителей. Например: MXAN-LN-10 -аналоговый 1550 нм 12 ГГц оптический модулятор - фирмы iXBlue Photonics (Франция), LN65S-FC - 10 GHz Phase Modulator with Polarizer, FC/PC Connectors - фирмы Thorlabs (США), LN53S-FC - 10 GHz Phase Modulator without Polarizer, FC/PC Connectors - фирмы Thorlabs (США) и т.д.

- оптический циркулятор 14, может быть выполнен, как волоконно-оптический циркулятор SFC3-55-LTS-NC - фирмы OPTOKON (Чешская Республика, Чехия)

- спектральный фильтр 15, может быть выполнен, как волоконно-оптическая решетка Брэгга с фазовым - сдвигом записанная на волокне SMF-28 в НЦВО «Фотоника» (Москва), НИИ ПРЭФЖС КНИТУ-КАИ (Казань), Инверсия-Файбер (Новосибирск), Инверсия-Сенсор (Пермь) и т.д.

- приемник одиночных фотонов 16, может быть выполнен, как детектор одиночных фотонов на кремниевых лавинных диодах различных производителей. Например: модели ID230, ID210, ID220, ID280 - фирмы ID Quantique (Швейцария)

- приемник классического излучения 17, может быть выполнен, как SFP трансмиттер различных производителей и разной дальности (например: 3 км, 20 км, 40 км, 80 км, 120 км) - фирмы NetLink (Китай), GIGALINK (Россия), Cisco (США), Стрела (Россия)

- устройство сдвига фазы приемного устройства 18, может быть выполнено, как программируемый фазовращатель. Например: LPS-402 Программируемый фазовращатель USB с пропускной способностью 2 ГГц или LPS-802 Программируемый фазовращатель USB с пропускной способностью 4 ГГц - фирмы Vaunix (США)

- генератор радиочастотного сигнала приемного устройства 19, может быть выполнен, как программируемый USB-генератор сигналов. Например: LMS-802DX 2,0-8,0 ГГц программируемый USB-генератор сигналов - фирмы Vaunix (США)

- преобразователь радиочастотного сигнала приемного устройства 20, может быть выполнен как триггер Шмитта. Например: SN74LVC2G17 Dual Schmitt-Trigger Buffer - фирмы Texas Instruments (США)

Блок синхронизации 4, может быть выполнен, как формирователь управляющих сигналов для синхронизации измерительно-вычислительных комплексов. Например: МЕ-020В4 блок синхронизации - научно-производственной предприятии "МЕРА" (Россия).

Заявляемое изобретение позволяет решить поставленную задачу и достичь технический результат повышения достоверности рассылки криптографического ключа по квантовому каналу, за счет исключения несущей из структуры сигнала передаваемого по квантовому каналу рассылки ключа.

Заявляемое изобретение обладает следующими дополнительными преимуществами по сравнению с прототипом: исключает возможность появления нелинейной фазовой модуляции в канале, повышает устойчивость системы к атакам направленным на подсчет количества фотонов в канале со стороны нелегитимного участника.

Похожие патенты RU2692431C1

название год авторы номер документа
Устройство квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием 2022
  • Морозов Олег Геннадьевич
  • Габдулхаков Ильдарис Мударисович
  • Нуреев Ильнур Ильдарович
  • Кузнецов Артем Анатольевич
  • Морозов Геннадий Александрович
  • Сахабутдинов Айрат Жавдатович
  • Андреев Владимир Дмитриевич
RU2784023C1
УСТРОЙСТВО КВАНТОВОЙ РАССЫЛКИ КРИПТОГРАФИЧЕСКОГО КЛЮЧА С ЧАСТОТНЫМ КОДИРОВАНИЕМ 2022
  • Морозов Олег Геннадьевич
  • Габдулхаков Ильдарис Мударисович
  • Нуреев Ильнур Ильдарович
  • Кузнецов Артем Анатольевич
  • Морозов Геннадий Александрович
  • Сахабутдинов Айрат Жавдатович
  • Андреев Владимир Дмитриевич
RU2784025C1
УСТРОЙСТВО КВАНТОВОЙ РАССЫЛКИ КРИПТОГРАФИЧЕСКОГО КЛЮЧА НА ПОДНЕСУЩЕЙ ЧАСТОТЕ МОДУЛИРОВАННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 2010
  • Мазуренко Юрий Тарасович
  • Орлов Вячеслав Васильевич
  • Рупасов Андрей Викторович
  • Глейм Артур Викторович
  • Егоров Владимир Ильич
RU2454810C1
Устройство квантовой рассылки ключа на боковых частотах, устойчивое к поляризационным искажениям сигнала в волоконно-оптических линиях связи 2019
  • Смирнов Семен Владимирович
  • Чистяков Владимир Викторович
  • Кынев Сергей Михайлович
  • Иванова Алена Евгеньевна
  • Егоров Владимир Ильич
  • Глейм Артур Викторович
RU2747164C1
Устройство квантовой коммуникации на боковых частотах с регистрацией излучения на центральной частоте 2020
  • Гайдаш Андрей Алексеевич
  • Козубов Антон Владимирович
  • Мирошниченко Георгий Петрович
RU2750810C1
Устройство квантовой коммуникации на боковых частотах с увеличенным дискретным набором фаз модулирующих сигналов 2020
  • Гайдаш Андрей Алексеевич
  • Козубов Антон Владимирович
  • Мирошниченко Георгий Петрович
RU2744509C1
ВЫСОКОСКОРОСТНАЯ АВТОКОМПЕНСАЦИОННАЯ СХЕМА КВАНТОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КЛЮЧА 2016
  • Дуплинский Александр Валерьевич
  • Устимчик Василий Евгеньевич
  • Курочкин Юрий Владимирович
  • Курочкин Владимир Леонидович
  • Миллер Александр Витальевич
RU2671620C1
Устройство квантовой рассылки симметричной битовой последовательности на поднесущей частоте модулированного излучения с двойным гомодинным методом приема 2020
  • Гончаров Роман Константинович
  • Самсонов Эдуард Олегович
  • Зиновьев Александр Вячеславович
  • Фадеев Максим Алексеевич
  • Сантьев Алексей Альбертович
  • Первушин Борис Евгеньевич
  • Егоров Владимир Ильич
RU2758708C1
Устройство квантовой рассылки симметричной битовой последовательности на поднесущей частоте модулированного излучения с гетеродинным методом приема 2020
  • Гончаров Роман Константинович
  • Самсонов Эдуард Олегович
  • Зиновьев Александр Вячеславович
  • Фадеев Максим Алексеевич
  • Сантьев Алексей Альбертович
  • Первушин Борис Евгеньевич
  • Егоров Владимир Ильич
RU2758711C1
Устройство квантовой рассылки симметричной битовой последовательности на поднесущей частоте модулированного излучения с гомодинным методом приема 2020
  • Гончаров Роман Константинович
  • Самсонов Эдуард Олегович
  • Зиновьев Александр Вячеславович
  • Фадеев Максим Алексеевич
  • Сантьев Алексей Альбертович
  • Первушин Борис Евгеньевич
  • Егоров Владимир Ильич
  • Глейм Артур Викторович
  • Наседкин Борис Александрович
RU2758709C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 692 431 C1

Реферат патента 2019 года Устройство квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием

Изобретение относится к области систем квантовой рассылки криптографического ключа. Техническим результатом является повышение достоверности рассылки криптографического ключа по квантовому каналу. Устройство квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием содержит соединенные между собой волоконно-оптической линией связи передающее устройство и приемное устройство; а также блок синхронизации; при этом передающее устройство включает в себя источник монохроматического излучения, электрооптический фазовый модулятор передающего устройства, аттенюатор, устройство сдвига фазы передающего устройства, генератор радиочастотного сигнала передающего устройства; при этом приемное устройство включает в себя электрооптический фазовый модулятор приемного устройства, оптический циркулятор, спектральный фильтр, приемник одиночных фотонов, приемник классического излучения, устройство сдвига фазы приемного устройства, генератор радиочастотного сигнала приемного устройства, причем в передающее устройство дополнительно введены электрооптический амплитудный модулятор передающего устройства и преобразователь радиочастотного сигнала передающего устройства; в приемное устройство также дополнительно введены электрооптический амплитудный модулятор приемного устройства, преобразователь радиочастотного сигнала приемного устройства. 9 ил.

Формула изобретения RU 2 692 431 C1

Устройство квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, содержащее соединенные между собой волоконно-оптической линией связи передающее устройство и приемное устройство; а также блок синхронизации; при этом передающее устройство включает в себя источник монохроматического излучения, электрооптический фазовый модулятор передающего устройства, выход которого оптически сопряжен с входом аттенюатора, выход аттенюатора оптически сопряжен с входом волоконно-оптической линии связи; а также устройство сдвига фазы передающего устройства, вход которого соединен с первым выходом генератора радиочастотного сигнала передающего устройства; при этом приемное устройство включает в себя электрооптический фазовый модулятор приемного устройства, оптический циркулятор, второй порт оптического циркулятора оптически сопряжен с входом спектрального фильтра, третий порт оптического циркулятора оптически сопряжен с входом приемника одиночных фотонов, выход приемника одиночных фотонов является первым выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, выход спектрального фильтра оптически сопряжен с входом приемника классического излучения, выход приемника классического излучения является вторым выходом устройства квантовой рассылки криптографического ключа с частотным кодированием, а также устройство сдвига фазы приемного устройства, вход устройства сдвига фазы приемного устройства соединен с первым выходом генератора радиочастотного сигнала приемного устройства; при этом первый и второй выходы блока синхронизации соединены с синхронизационными входами генератора радиочастотного сигнала передающего устройства и генератора радиочастотного сигнала приемного устройства соответственно, третий и четвертый выходы блока синхронизации соединены с синхронизационными входами устройства сдвига фазы передающего устройства и устройства сдвига фазы приемного устройства соответственно, отличающееся тем, что в передающее устройство дополнительно введены электрооптический амплитудный модулятор передающего устройства и преобразователь радиочастотного сигнала передающего устройства, при этом вход электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства оптически сопряжен с выходом источника монохроматического излучения, выход электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства оптически сопряжен с входом электрооптического фазового модулятора передающего устройства, а управляющий вход электрооптического амплитудного модулятора передающего устройства соединен с выходом устройства сдвига фазы передающего устройства, вход преобразователя радиочастотного сигнала передающего устройства соединен с вторым выходом генератора радиочастотного сигнала передающего устройства, а выход преобразователя радиочастотного сигнала передающего устройства соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора передающего устройства; в приемное устройство также дополнительно введены электрооптический амплитудный модулятор приемного устройства, преобразователь радиочастотного сигнала приемного устройства, при этом вход электрооптического амплитудного модулятора приемного устройства оптически сопряжен с выходом электрооптического фазового модулятора приемного устройства, выход электрооптического амплитудного модулятора приемного устройства оптически сопряжен с первым портом оптического циркулятора, управляющий вход электрооптического амплитудного модулятора приемного устройства соединен с выходом устройства сдвига фазы приемного устройства, вход преобразователя радиочастотного сигнала приемного устройства соединен с вторым выходом генератора радиочастотного сигнала приемного устройства, выход преобразователя радиочастотного сигнала приемного устройства соединен с управляющим входом электрооптического фазового модулятора приемного устройства, вход электрооптического фазового модулятора приемного устройства оптически сопряжен с выходом волоконно-оптической линии связи.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2019 года RU2692431C1

US 7266304 B2, 04.09.2007
ЗВУКОВАЯ КОРОБКА 1917
  • Адикаевский В.В.
SU6272A1
US 7227955 B2, 05.06.2007
Экономайзер 0
  • Каблиц Р.К.
SU94A1
Способ определения температуры плавления порошковой смеси 1987
  • Дедков Сергей Владимирович
  • Иванайский Виктор Васильевич
  • Ахмедзянов Рафаил Каримович
  • Нейман Михаил Абрамович
SU1603268A1
УСТРОЙСТВО КВАНТОВОЙ РАССЫЛКИ КРИПТОГРАФИЧЕСКОГО КЛЮЧА НА ПОДНЕСУЩЕЙ ЧАСТОТЕ МОДУЛИРОВАННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 2010
  • Мазуренко Юрий Тарасович
  • Орлов Вячеслав Васильевич
  • Рупасов Андрей Викторович
  • Глейм Артур Викторович
  • Егоров Владимир Ильич
RU2454810C1
Устройство квантовой криптографии (варианты) 2015
  • Балыгин Кирилл Алексеевич
  • Кравцов Константин Сергеевич
  • Кулик Сергей Павлович
  • Молотков Сергей Николаевич
  • Радченко Игорь Васильевич
  • Климов Андрей Николаевич
  • Климов Анатолий Иванович
RU2622985C1

RU 2 692 431 C1

Авторы

Морозов Олег Геннадьевич

Габдулхаков Ильдарис Мударрисович

Нуреев Ильнур Ильдарович

Кузнецов Артём Анатольевич

Морозов Геннадий Александрович

Сахабутдинов Айрат Жавдатович

Даты

2019-06-24Публикация

2018-07-03Подача