Устройство-абонент для системы квантового распределения ключа на боковых частотах Российский патент 2025 года по МПК H04B10/25 

Изобретение относится к технике оптической связи, а именно к системам фотонной квантовой связи.

Известно устройство квантовой рассылки криптографического ключа на поднесущей частоте модулированного излучения [Патент RU 2454810 C1, дата приоритета 2010-11-24, МКИ H04L 9/08]. В указанном патенте приведены основные сведения и технические решения, используемые для квантовой рассылки криптографического ключа на поднесущей частоте фазомодулированного излучения. Одним из существенных признаков этого устройства является наличие в его оптической схеме активных оптических устройств - электрооптических фазовых модуляторов, при помощи которых происходит приготовление квантовых состояний, подлежащих отправке. Данные оптические устройства чувствительны к температурным изменениям, поскольку не имеют атермального корпуса, что является одним из источников шумов в оптическом канале связи.

Получатель и отправитель соединены квантовым каналом, по которому передаются ослабленные когерентные состояния, несущие информацию для генерации секретного ключа. На стороне получателя ослабленные когерентные состояния регистрируются детектором одиночных фотонов, Для обеспечения достоверного срабатывания детекторов одиночных фотонов, в системе реализуется канал синхронизации, с помощью которого детекторы одиночных фотонов срабатывают непосредственно в момент прихода сигнальных импульсов. Упомянутое устройство содержит дополнительный канал синхронизации, по которому передаются синхроимпульсы и импульсы начала отсчетов. Особенностью такой системы синхронизации является наличие отдельного задающего генератора, генератора тактовой частоты, а также нескольких вспомогательных блоков, таких как устройства фазовой автоподстройки частоты, что усложняет конструкцию системы.

В состав блока отправителя указанного устройства также входит источник ослабленного лазерного излучения, генерирующий когерентные состояния света. Для предотвращения утечки информации о передаваемом ключе к потенциальному нарушителю критически важной задачей является контроль параметров излучения, несущего информацию о ключе, таких как среднее число фотонов в импульсе. Флуктуации интенсивности лазерного излучения могут приводить к отклонениям от оптимальных значений среднего числа фотонов в импульсе, что дает потенциальному нарушителю возможность получения информации о передаваемом ключе. Для настройки среднего числа фотонов в импульсе в упомянутой схеме используется переменный оптический аттенюатор. Однако наличие лишь одного переменного аттенюатора не обеспечивает возможности динамической подстройки значения среднего числа фотонов в импульсе.

Известно устройство фотонной квантовой связи [Патент RU 205443 U1, дата приоритета 2020-11-03, МКИ: Н04В 10/25]. В указанном патенте содержатся основные сведения и технические решения, используемые для обеспечения разветвленного соединения типа «звезда» нескольких блоков отправителя и блока получателя для проведения процедуры квантового распределения ключа. Система квантового распределения ключей должна обеспечивать выработку, хранение и распределение секретных ключей в квантовых сетях топологии «звезда». Для обеспечения выполнения данной задачи помимо оптической составляющей также используются программируемые микросхемы (ПЛИС и микроконтроллеры на базе STM32), необходимые для контроля и управления работой устройства. В ходе эксплуатации устройства для поддержания необходимых мер безопасности и достижения максимальной эффективности программное обеспечение программируемой составляющей нуждается в периодическом обновлении. Существующий метод дистанционного обновления программного обеспечения ПЛИС обычно основан на интерфейсе JTAG с использованием среды разработки для ПЛИС. Таким образом, для отдельного модуля требуется зарезервировать выделенный физический интерфейс, а оператор должен подготовить выделенный симулятор ПЛИС. Когда количество модулей ПЛИС велико, что неизбежно при организации сети топологии «звезда», оператор должен управлять каждым модулем независимо для завершения обновления. Эффективность работы с модулями ПЛИС в данном случае низка.

Технический результат заявляемого устройства заключается в упрощении и удешевлении конструкции, повышении удобства обслуживания блока абонента для систем квантового распределения ключа на боковых частотах, снижении уровня шумов в оптическом канале связи, а также в повышении точности контроля характеристики когерентных состояний - среднего числа фотонов в импульсе. Технический результат достигается применением в конструкции блока абонента нижеследующих технических решений и методов. Устройство-абонент для систем квантового распределения ключа на боковых частотах, содержит блок питания, модуль электрического преобразования, модуль оптического преобразования, устройство прецизионного испускания ослабленных когерентных состояний, размещенные в соответствии с методом размещения и организации модуля оптического преобразования, обеспечивающего термостабилизацию и термостатирование оптических элементов с быстрым доступом к модулям квантового распределения ключа в топологии «звезда; отличающееся тем, что синхронизируется с центральным устройством в соответствии с методом организации синхронизации и генерации состояний с использованием единственного импульсного источника лазерного излучения для систем квантового распределения ключа на боковых частотах в топологии «звезда» и тем, что модуль электрического преобразования содержит программируемые логические интегральные схемы с возможностью обновления их программного обеспечения при помощи программно-аппаратного комплекса дистанционного обновления системного программного обеспечения модулей квантового распределения ключа в сети топологии «звезда».

Фиг. 1 иллюстрирует функциональную схему взаимодействия технических решений и методов, применяемых в конструкции устройства-абонента для систем квантового распределения ключа на боковых частотах.

Устройство работает следующим образом:

Устройство-абонент содержит блок питания, источник квази-однофотонных импульсов, а также модули электрического и оптического преобразования, скомпонованными внутри корпуса устройства в соответствии с методом размещения и организации модуля оптического преобразования, обеспечивающего термостабилизацию и термостатирование оптических элементов. Устройство-абонент (АУ) оптически сопряжено с центральным устройством (ЦУ) посредством двух волоконных каналов: квантовым каналом (КК), по которому передаются генерируемые устройством прецизионного испускания ослабленных когерентных состояний квази-однофотонные импульсы, и каналом синхронизации (КС), функционирующим в соответствии с методом организации синхронизации и генерации состояний с использованием единственного импульсного источника лазерного излучения. Обновление программного обеспечения ПЛИС, входящих в состав абонентского устройства, производится при помощи программно-аппаратного комплекса дистанционного обновления системного программного обеспечения модулей квантового распределения ключа. Функциональная блок-схема взаимодействия технических решений и методов, применяемых в конструкции устройства-абонента для систем квантового распределения ключа на боковых частотах, приведена на Фиг. 1, где 1 - блок питания, 2 - модуль электрического преобразования, 3 - модуль оптического преобразования, 4 - источник квази-одиночных фотонов.

Изобретение относится к технике оптической связи. Технический результат заключается в снижении уровня шумов в оптическом канале связи, а также в повышении точности контроля характеристики когерентных состояний - среднего числа фотонов в импульсе. Устройство-абонент для систем квантового распределения ключа на боковых частотах содержит блок питания, модуль электрического преобразования, содержащий программируемые логические интегральные схемы с возможностью обновления их программного обеспечения при помощи программно-аппаратного комплекса дистанционного обновления системного программного обеспечения модулей квантового распределения ключа в сети топологии звезда, модуль оптического преобразования, устройство прецизионного испускания ослабленных когерентных состояний, размещенные в соответствии с методом размещения и организации модуля оптического преобразования, обеспечивающего термостабилизацию и термостатирование оптических элементов с быстрым доступом к модулям, оптически сопряжено с центральным устройством посредством двух волоконных каналов: квантовым каналом, по которому передаются генерируемые устройством прецизионного испускания ослабленных когерентных состояний квазиоднофотонные импульсы, и каналом синхронизации, функционирующим в соответствии с методом организации синхронизации и генерации состояний с использованием единственного импульсного источника лазерного излучения для систем квантового распределения ключа на боковых частотах в топологии звезда. 1 ил.

Устройство-абонент для систем квантового распределения ключа на боковых частотах, содержащее блок питания, модуль электрического преобразования, содержащий программируемые логические интегральные схемы с возможностью обновления их программного обеспечения при помощи программно-аппаратного комплекса дистанционного обновления системного программного обеспечения модулей квантового распределения ключа в сети топологии звезда, модуль оптического преобразования, устройство прецизионного испускания ослабленных когерентных состояний, размещенные в соответствии с методом размещения и организации модуля оптического преобразования, обеспечивающего термостабилизацию и термостатирование оптических элементов с быстрым доступом к модулям, оптически сопряженное с центральным устройством посредством двух волоконных каналов: квантовым каналом, по которому передаются генерируемые устройством прецизионного испускания ослабленных когерентных состояний квазиоднофотонные импульсы, и каналом синхронизации, функционирующим в соответствии с методом организации синхронизации и генерации состояний с использованием единственного импульсного источника лазерного излучения для систем квантового распределения ключа на боковых частотах в топологии звезда.