СПОСОБ И УСТРОЙСТВО КВАНТОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КЛЮЧЕЙ С КОНТРОЛЕМ ПАРАМЕТРОВ КВАНТОВОГО КАНАЛА Российский патент 2025 года по МПК H04L9/08 

Изобретение относится к области квантовой криптографии, а именно, к устройствам квантового распределения ключей, а более конкретно к волоконно-оптическим системам с контролем параметров квантового канала.

Квантовая криптография позволяет двум пользователям, изначально не имеющим какого-либо общего секрета, договориться о случайном ключе, который будет не известен третьему липу, осуществляющему несанкционированный доступ к их коммуникациям. Во время квантового распределения ключей (КРК) существует два основных метода выработки случайного ключа: 1) ключ может быть закодирован на основе заданного набора неортогональных квантовых состояний одиночных фотонов; 2) ключ является результатом измерения распределенных между пользователями несепарабельных состояний. Известным практическим недостатком первого метода является невозможность использования в устройствах КРК строго однофотонных источников, которые все еще находятся на этапе лабораторных исследований. Указанный практический недостаток порождает необходимость применения в однопроходных и двухпроходных системах КРК квазиоднофотонных источников, например, сильно ослабленного лазерного излучения. Двухпроходные системы КРК обладают рядом существенных преимуществ в сравнении с однопроходными, в частности они являются более стабильными, т.к. в данном случае отсутствует необходимость балансировки двух пространственно удаленных интерферометров (один из которых располагается на передающей, а второй на приемной). Любой из известных методов балансировки интерферометров требует временных затрат, что уменьшает фактическую скорость выработки ключа. В свою очередь, двухпроходные системы КРК не лишены собственных недостатков, одним из которых является существенная сложность выработки и распределения ключей в случае неизвестной длины линии связи между приемником и передатчиком (между двумя пользователями). Передаваемые по квантовому каналу (волоконно-оптической линии связи) на прямом проходе оптические импульсы испытывают рассеяние, в результате чего порождаются паразитные отраженные сигналы, а также дополнительные оптические шумы. При автоматизированной выработке и распределении ключей указанные сигналы могут быть ошибочно интерпретированы как информационные квантовые состояния, передаваемые в устройстве КРК на обратном проходе. Для решения указанной проблемы зачастую предлагается использовать оптическую линии задержки на приемной стороне, а также применять стробирующий режим работы однофотонных детекторов. Однако указанные подходы эффективны только лишь при известной длине волоконно-оптической линии связи и порождают необходимость ручной настройки параметров квантового канала, что нецелесообразно при построении расширяемых квантовых коммуникационных сетей. Также использование квазиоднофотонных источников в устройствах КРК вместо строго однофотонных открывает для третьего лица (злоумышленника) дополнительные возможности по получению информации о вырабатываемом и распределяемом ключе. В частности, из-за оптических потерь в волоконно-оптической линии связи возможно эффективное осуществление USD-атаки, в отсутствии контроля параметров квантового канала [TangY.L. etal.Source attack of decoy-state quantum key distribution using phase information // Physical Review A. 2013. V. 2. P. 022308].

Рассмотрим ряд известных решений аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленным способом признаков.

Известен способ и устройство для квантового распределения ключа по подвесному волокну [Патент РФ № 2771775 «Способ и устройство для квантового распределения ключа по подвесному волокну» // Бюл. №14 от 12.05.2022 (Заявка 2021114393 от 21.05.2021)]. Согласно данному решению устройство для квантового распределения ключа (КРК) содержит соединенные квантовым каналом передачи данных блоки передатчика с поляризационным кодированием фотонов и приемника. Блок передатчика содержит основной блок кодирования, выполненный с возможностью формирования фотонов с заданными состояниями поляризации и дополнительный модуль кодирования, получающий фотоны от основного блока кодирования и выполняющий прямое преобразование фотонов из поляризационных мод в пространственные. Также блок передатчика содержит аттенюатор, выполненный с возможностью ослабления пространственных мод до однофотонного уровня для их передачи по квантовому каналу в блок приемника в виде квантовых сигналов. Блок приемника содержит основной модуль обратного кодирования, выполненный с возможностью измерения состояния поляризации принятых однофотонных импульсов; дополнительный модуль обратного кодирования, обеспечивающий обратное преобразование пространственных мод фотонов, получаемых по квантовому каналу от аттенюатора, в поляризационные.

Недостатком такого способа является отсутствие возможности контроля параметра квантового канала, а также необходимость компенсации поляризационных искажений квантовых состояний, передаваемых по квантовому каналу за счет преобразования фотонов из поляризационных мод в пространственные. Для преобразования фотонов требуются вспомогательные оптические компоненты (в составе дополнительного модуля кодирования), что приводит к дополнительным оптическим потерям и уменьшает предельную дальность передачи квантовых состояний.

Предложен способ квантового распределения ключа, техническим результатом которого является повышение скорости передачи квантовой информации [Патент РФ № 2789538 «Способ квантового распределения ключа» // Бюл. № 4 от 06.02.2023 (Заявка № 2022117622 от 29.06.2022)]. Данный способ включает передачу оптических сигналов ключа в виде единичных фотонов с соответствующими выбранному протоколу i базисными состояниями поляризации от отправителя к получателю по волоконно-оптическому каналу и двусторонний обмен информацией по открытому каналу. Причем согласно указанному способу по волоконно-оптическому каналу оптические сигналы передают с модулированием исходящих состояний поляризации на стороне отправителя и их поляризационным детектированием путем измерения входящих состояний поляризации на стороне получателя, а открытый канал используют для корректировки искажений оптических сигналов в волоконно-оптическом канале. Способ отличается тем, что предварительно по волоконно-оптическому каналу от отправителя к получателю передают два тестовых оптических сигнала с модулированием поляризационных состояний, соответствующих неортогональным векторам Джонса. Затем измеряют векторы Джонса тестовых оптических сигналов на выходе волоконно-оптического канала, по модулируемым на стороне отправителя и измеренным на стороне получателя векторам Джонса тестовых оптических сигналов вычисляют матрицу Джонса волоконно-оптического канала. После чего на основании указанной матрицы корректируют искажения сигналов в волоконно-оптическом канале.

Недостаток такого способа заключается в необходимости использования тестовых оптических сигналов для периодической коррекции искажения передаваемых по квантовому каналу квантовых состояний, что уменьшает скорость выработки ключа. Уменьшение скорости, в том числе, происходит за счет необходимости многократного измерения матрицы Джона волоконного канала, причем в моменты времени передачи тестовых оптических сигналов передача квантовых состояний прекращается.

Из уровня техники известно устройство мультиплексирования/ демультиплексирования классических и квантовых сигналов [Патент РФ № 2800234 «Устройство мультиплексирования/демультиплексирования классических и квантовых сигналов» // Бюл. № 20 от 19.07.2023 (Заявка № 2022114694 от 31.05.2022)]. Согласно предлагаемому решению, устройство содержит блок передатчика и приемника, соединенные оптоволокном. При этом блок передатчика содержит: устройство формирования квантовых сигналов; мультиплексор плотного спектрального уплотнения сигналов (DWDM), связанный с устройством формирования квантовых сигналов и получающий на вход классические сигналы и сигнал синхронизации, формируемый устройством формирования квантовых сигналов; блок фильтрации шумов квантовых сигналов, связанный с устройством формирования квантовых сигналов; мультиплексор спектрального уплотнения сигналов (WDM), получающий на вход квантовые сигналы от блока фильтрации и сигналы, мультиплексированные DWDM мультиплексором. Блок приемника содержит: WDM демультиплексор, принимающий на вход сигналы от блока передатчика и выполняющий их разделение на квантовые, классические сигналы и сигнал синхронизации; блок фильтрации шумов квантовых сигналов, принимающий на вход квантовые сигналы от WDM демультиплексора. Также блок приемника содержит DWDM мультиплексор, получающий на вход классические сигналы и сигнал синхронизации от WDM демультиплексора и передающий классические сигналы на устройство приема квантовых сигналов, получающее отфильтрованные квантовые сигналы и сигнал синхронизации от DWDM демультиплексора.

Недостатком такого способа является невозможность компенсации поляризационных искажений квантовых состояний, передаваемых по квантовому каналу. Кроме того, дополнительные оптические компоненты, используемые для фильтрации квантовых сигналов от шума, вносят дополнительные оптические потери, что уменьшает предельную дальность передачи квантовых состояний.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство квантовой криптографии [Патент РФ № 2622985 «Устройство квантовой криптографии (варианты)» // Бюл. №18 от 21.06.2017 (Заявка № 2015152768 от 09.12.2015)]. Устройство квантовой криптографии включает источник излучения, первый волоконный светоделитель, волоконный интерферометр, второй волоконный светоделитель, первый фазовый модулятор, третий волоконный светоделитель, детектор, аттенюатор, второй фазовый модулятор, волоконное зеркало, однофотонный детектор. При этом выход источника излучения волоконно соединен с одним входом первого волоконного светоделителя, а к его другому входу волоконно подключен однофотонный детектор. Выходы первого волоконного светоделителя подключены к входам волоконного интерферометра, выходы которого соединены с входами второго волоконного светоделителя, один из выходов второго волоконного светоделителя подключен ко входу первого фазового модулятора, выход которого выполнен с возможностью волоконного подключения к внешней волоконной линии связи. Вход третьего волоконного светоделителя также выполнен с возможностью подключения к внешней волоконной линии связи, один выход третьего волоконного светоделителя подключен к детектору, а другой выход подключен ко входу аттенюатора, отличающегося тем, что дополнительно включает линию задержки и поляризационный фильтр, причем вход линии задержки соединен с выходом аттенюатора, выход линии задержки соединен со входом поляризационного фильтра, а его выход волоконно подключен ко входу второго фазового модулятора, выход которого волоконно соединен с волоконным зеркалом. При этом первый и второй волоконные светоделители, волоконный интерферометр, волоконное зеркало, а также волоконные соединения между источником излучения и первым волоконным светоделителем, между однофотонным детектором и первым волоконным светоделителем, между вторым волоконным светоделителем и первым фазовым модулятором, между первым фазовым модулятором и внешней волоконной линией связи, между линией задержки и поляризационным фильтром, между поляризационным фильтом и вторым фазовым модулятором, между вторым фазовым модулятором и волоконным зеркалом выполнены из оптического волокна, сохраняющего состояние поляризации.

Недостатком такого способа является невозможность автоматизированной выработки и распределения ключей при неизвестной длине волоконной линии связи между передающей и приемной станциями, поскольку необходимо заранее знать момент времени прохождения на обратном проходе вторым импульсом фазового модулятора, а также момент времени их попадания на однофотонный детектор. Кроме того, предлагаемое решение не позволяет контролировать параметры квантового канала, включая оптические потери, вносимые оптическим волокном линии связи, что делает указанное устройство уязвимым к атакам (включая атаки на техническую реализацию), основанным и/или использующим потери в квантовом канале (например, к USD-атаке).

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является автоматизированная выработка и распределение секретного ключа между пространственно удаленными пользователями устройств КРК в условиях переменной длины волоконно-оптической линии связи.

Техническим результатом изобретения является:

- обеспечение контроля длины волоконно-оптической линии связи между пространственно удаленными модулями устройства КРК за счет использования модуля измерения длины оптического волокна;

- обеспечение защиты устройства КРК от атак (включая атаки на техническую реализацию), которые основаны и/или используют потери в квантовом канале за счет контроля параметров волоконно-оптической линии связи, включая измерение оптических потерь в кантовом канале;

- повышение скорости выработки и распределения секретного ключа устройством КРК в условиях переменной длины волоконно-оптической линии связи за счет периодического контроля длины оптического волокна.

Для решения задачи, на которую направлено предлагаемое изобретение, устройство квантового распределения ключей с контролем параметров квантового канала, включает источник излучения, оптический циркулятор, два однофотонных детектора, первый волоконный светоделитель, волоконный интерферометр, первую линию задержки, второй волоконный светоделитель, первый фазовый модулятор, поляризационный контроллер, третий волоконный светоделитель, детектор, аттенюатор, вторую линию задержки, поляризационный фильтр, второй фазовый модулятор, волоконное зеркало. При этом выход источника излучения волоконно соединен с поротом I оптического циркулятора, который портом II волоконно соединен с первым волоконным светоделителем, а к его порту III волоконно подключен однофотонный детектор, второй выход волоконного светоделителя соединен со вторым однофотонным дететктором. Выходы первого волоконного светоделителя образуют входы волоконного интерферометра, в одном из плеч которого находится перестраиваемая линия задержки. Выходы волоконного интреферометра образованы входами второго волоконного светоделителя, один из выходов второго волоконного светоделителя подключен ко входу первого фазового модулятора, выход которого подключен к поляризационному контроллеру, выход которого выполнен с возможностью волоконного подключения к внешней волоконной линии связи. Вход третьего волоконного светоделителя также выполнен с возможностью подключения к внешней волоконной линии связи, один выход третьего волоконного светоделителя подключен к детектору, а другой выход подключен ко входу аттенюатора, после которого включает линию задержки и поляризационный фильтр, причем вход линии задержки соединен с выходом аттенюатора, выход линии задержки соединен со входом поляризационного фильтра, а его выход волоконно подключен ко входу второго фазового модулятора, выход которого волоконно соединен с волоконным зеркалом. При этом устройство квантового распределения ключей с контролем параметров квантового канала отличается тем, что выход поляризационного контроллера волоконно соединен с выводом pass FWDM фильтра, вывод com, которого выполнен с возможностью подключения к внешней волоконной линии связи, в свою очередь, вывод ref FWDM фильтра подключен в порту II второго оптического циркулятора, к порту I которого подключен источник излучения на длине волны, отличной от FWDM фильтра, к порту III подключено устройство регистрации оптических импульсов. При этом к входу третьего волоконного светоделителя подключают вывод pas sFWDM фильтра, к выводу ref подкючается волоконное зеркало, а вывод com выполнен с возможностью подключения к внешней волоконной линии связи.

Такая конфигурация подключения первого FWDM фильтра, второго оптического циркулятора, второго источника излучения, устройства регистрация оптических импульсов на приемно-передающей стороне устройства КРК, а также конфигурация подключения второго FWDM фильтра и первого зеркала в кодирующем модуле устройства КРК (которые все вместе образуют модуль измерения длины оптического волокна) обеспечивает возможность измерения длины волоконно-оптической линии связи. Это, в свою очередь, обеспечивает решение задачи автоматизированной выработки и распределения секретного ключа между пространственно удаленными пользователями устройств КРК в условиях переменной длины волоконно-оптической линии связи. Кроме того, обеспечивается повышение скорости выработки и распределения секретного ключа устройством КРК в условиях переменной длины волоконно-оптической линии связи за счет периодического контроля длины оптического волокна.

Также к порту III второго оптического циркулятора может быть подключено устройство регистрации и измерения оптической мощности оптических импульсов. Такая конфигурация подключения первого FWDM фильтра, второго оптического циркулятора, второго источника излучения, устройства регистрации и измерения оптической мощности оптических импульсов в приемно-передающем модуле устройства КРК, а также конфигурация подключения второго FWDM фильтра и первого зеркала в кодирующем модуле устройства КРК обеспечивает измерение оптических потерь в квантовом канале. Это, в свою очередь, обеспечивает защиту устройства КРК от атак (включая атаки на техническую реализацию), которые основаны и/или используют потери в квантовом канале

Сущность изобретения поясняется следующими чертежами.

Фиг. 1. Иллюстрирует схему приемно-передающего модуля устройства квантового распределения ключей.

Фиг. 2. Иллюстрирует схему кодирующего модуля устройства квантового распределения ключей.

Приемно-передающий модуль устройства КРК, изображенный на фиг. 1, представляет собой составную часть двухпроходного устройства КРК и работает следующим образом. На прямом проходе источник излучения источник излучения 1, например, импульсный лазер, формирует трейн (2 и более) коротких импульсов света. Излучение источника 1 имеет линейнуюполяризацию. Выход источника выполнен с использованием оптического волокна, сохраняющего состояние поляризации. Вследствие этого, оптические импульсы с линейной поляризацией сохраняются при распространении по волокну до порта I первого волоконного циркулятора 4, который также выполнен из оптического волокна, сохраняющего состояние поляризации. После прохождения через оптический циркулятор, трейн с порта II попадает на вход первого светоделителя 5, выполненного на основе волокна с сохранением поляризации. Далее импульсы излучения распространяются по верхнему и нижнему плечу волоконного интерферометра, например, волоконного интерферометра Маха-Цандера, образованного первым 5 и вторым 7 оптоволоконным светоделителями 50:50. Импульс излучения, проходящий по нижнему плечу, задерживается по времени на время, соотносимое с длиной первой оптоволоконной линии задержки (6). Верхнее и нижнее плечи волоконного интерферометра выполнены из оптического волокна, сохраняющего состояние поляризации, поэтому линейное состояние поляризации сохраняется одинаковым для верхнего и нижнего плеч волоконного интерферометра. Через волоконный светоделитель7 из оптического волокна, сохраняющего состояние поляризации, из интерферометра выходят импульсы, каждый из которых разделен на разделенную во времени пару с одинаковым состоянием поляризации. Далее каждая пара импульсов проходит через фазовый модулятор 8, который оконцован оптическим волокном, сохраняющим состояние поляризации, и поляризационный фильтр 9, поэтому поляризации обоих пакетов сохраняются одинаковыми. На прямом проходе фазовый модулятор 8 не активен, т.е. не изменяет относительную фазу ни одногоиз импульсов пары. Далее каждая пара импульсов с одинаковой поляризацией и сдвинутых по времени проходят через поляризационный контроллер 10 и через pass вывод FWDM фильтра 11 (оптоволоконного фильтра, обеспечивающего мультиплексирование оптических сигналов, например CWDM фильтра 1550 нм), вывод com FWDM фильтра обеспечивает возможность подключения к волоконно-оптической линии связи (квантовому каналу). В общем случае FWDM фильтр и оптическое волокно квантового канала выполнены из волокна, которое не сохраняет поляризации и при распространении через внешнюю волоконную линию связи состояние поляризации пары импульсов не будет согласовано с собственной осью оптического волокна, сохраняющего состояние поляризации, в кодирующем модуле устройства КРК (фиг. 2).

Трейн импульсов в кодирующем модуле устройства КРК поступает на com вывод второго FWDM фильтра 15 после чего оказывается на его pass выводе. Такое подключение FWDM фильтра обеспечивает возможность прохождения через него только оптических импульсов на длине волны, соответствующей рабочей, для устройства КРК (например, 1550 нм). Далее часть каждого импульса из пары в трейне через третий волоконный светоделитель 17 (например, ассиметричный 90:10), выполненный из обычного одномодового волокна, отводится на детектор 18 для выработки импульса управления фазовым модулятором 21. Через второй выход третьего волоконного светоделителя импульсы поступают на аттенюатор 19 и ослабляются до квазиоднофотонного уровня. Затем через вторую линию задержки 20 (длина которой выбрана таким образом, чтобы вместе все импульсы трейна, что обеспечивает уменьшение паразитных обратных отражений) импульсы поступают на поляризационный фильтр 21. Далее импульсы поступают на фазовый модулятор 22, при прохождении которого поляризация также сохраняется. После отражения на волоконном зеркале 23 с оптическим волокном, сохраняющим состояние поляризации, импульсы опять проходят фазовый модулятор 22. В момент прохождения на обратном проходе случайно выбранным импульсом из каждой пары фазового модулятора на модулятор подается импульс напряжения, который приводит к относительному сдвигу фазы одного пакета относительно другого. Далее импульсы в обратном порядке проходят поляризационный фильтр 21, вторую линию задержки 20, аттенюатора 19, третий светоделитель 17 и FWDM фильтр 15, вывод com которого реализован с возможностью подключения к волоконно-оптической линии связи. По квантовому каналу импульсы распространяются в обратном направлении и попадают на вывод com первого FWDM фильтр 11, после чего оказываются на выводе pass данного фильтра. Затем последовательно проходят через поляризационный контроллер, согласующий их поляризацию с оптической осью волокна с сохранением поляризации, поляризационный фильтр 9 и фазовый модулятор 8. В момент прохождения случайно выбранного импульса каждой пары через фазовыймодулятор 9, на него прикладывается импульс напряжения. Далее импульсы проходят в обратном порядке через волоконный интерферометр без изменения состояния поляризации. На выходе из интерферометра импульсы проходят через волоконный светоделитель 5 и в зависимости от наложенной первым фазовым модулятором и вторым фазовым модулятором фазы, а также от случайного выбора импульса в каждой паре, в центральном временном окне однофотонного детектора 3, либо однофотонного детектора 2 (подключенного к порту III первого оптического циркулятора) возникает либо конструктивная, либо деструктивная интерференция одного из импульсов каждой пары, прошедшего по длинному плечу волоконного интерферометра и второго, прошедшего по короткому плечу волоконного интерферометра.

Определение момента времени прохождения случайно выбранного импульса каждой пары через первый фазовый модулятор на обратном проходе, а также центрального временного окна для каждого из однофотонных детекторов в настоящем изобретении происходит автоматизировано. Задача изобретения решается за счет измерения длины волоконно-оптической линии связи с использованием модуля измерения длины оптического волокна. Настоящее изобретение отличается тем, что в приемно-передающем модуле устройства КРК выход поляризационного контроллера 10волокоонно соединен с выводом passFWDM фильтра 11, вывод com которого выполнен с возможностью подключения к внешней волоконной линии связи. В свою очередь, вывод refFWDM фильтра 11 подключен в порту II второго оптического циркулятора 12, к порту I которого подключен источник излучения 13 на длине волны, отличной от рабочей устройства КРК и FWDM фильтра. К порту III подключено устройство регистрация оптических импульсов 14. При этом в кодирующем модуле устройства КРК к входу третьего волоконного светоделителя17 подключен вывод pass второго FWDM фильтра 15, к выводу ref которого подключается волоконное зеркало 16, а вывод com выполнен с возможностью подключения к внешней волоконной линии связи. Модуль измерения длины оптического волокна, включающий первый FWDM фильтр, второй оптический цирулятор, второй источник излучения, устройство регистрации оптических импульсов, второй FWDM фильтр и первое зеркало, работает следующим образом. Источник излучения 13 на стороне приемно-передающего модуля устройства КРК, например импульсный лазер с длиной волны 1530 нм, формирует несколько (2 и более) коротких импульсов света, которые проходят через второй оптический циркулятор 12, FWDM фильтр 11 и оптическое волокно квантового канала. Далее оптические импульсы попадают на вход кодирующего модуля устройства КРК, а именно, на вывод com второго FWDM фильтра 15 и оказываются на его выводе ref (т.к. только излучение с длиной волны 1550 нм, может оказаться на выводе pass) и далее отражаются от волоконного зеркала 16. После этого импульсы в обратном направлении проходят через FWDM фильтр 15, квантовый канал, первый FWDM фильтр 11 и оказываются на его выводе ref, а затем проходят через второй оптический циркулятор 12 и детектируются устройством регистрации оптических импульсов 14, например, однофотонным детектором, работающем в линейном режиме. При этом все используемые оптические и оптоэлектронные элементы могут быть выполнены на основе стандартного одномодового волокна без сохранения поляризации. Время испускания импульсов света вторым источником излучения 12 и время их регистрации устройством регистрации оптических импульсов 14 могут быть определены с высокой точностью с помощью цифровых измерительных схем. Половина разницы времен испускания оптических импульсов вторым источником излучения и их регистрации (за вычетом известных временных задержек в используемых оптических и оптоэлектронных элементах в составе модуля измерения длины оптического волокна) эквивалентна измерению длины оптического волокна квантового канала с высокой точностью. Получение информации о точной длине волоконно-оптической линии связи, в свою очередь, позволяет определить момент времени прохождения случайно выбранного импульса каждой пары, генерируемых первым источником излучения (например, с центральной длиной волны 1550 нм) через первый фазовый модулятор, а также центрального временного окна для каждого из однофотонных детекторов автоматизировано. Кроме того, обеспечивается повышение скорости выработки и распределения секретного ключа устройством КРК в условиях переменной длины волоконно-оптической линии связи за счет периодического контроля длины оптического волокна.

Также к порту III второго оптического циркулятора 12 может быть подключено устройство регистрации и измерения оптической мощности оптических импульсов 14 (например, однофотонный детектор, работающий в линейном режиме, совместно со схемотехническим решением по контролю протекающего через него тока). Такая конфигурация подключения первого FWDM 15 фильтра, второго оптического циркулятора 12, второго источника излучения 13, устройства регистрации и измерения оптической мощности оптических импульсов в приемно-передающем модуле устройства КРК, а также конфигурация подключения второго FWDM фильтра 15 и первого зеркала 16в кодирующем модуле устройства КРК обеспечивает измерение не только длины оптического волокна квантового канала, но оптических потерь в нем. В этом случае половина разницы оптической мощности импульсов, испускаемых вторым источником излучения и оптической мощности, регистрируемой устройством регистрации и измерения оптической мощности оптических импульсов (за вычетом известных оптических потерь в используемых оптических и оптоэлектронных элементах в составе модуля измерения длины оптического волокна), эквивалента потерям в квантовом канале. Периодическое измерении длины волоконно-оптической линии связи и оптических потерь в квантовом канале, в свою очередь, обеспечивает защиту устройства КРК от атак (включая атаки на техническую реализацию), которые основаны и/или используют потери в квантовом канале.

Предлагаемый способ и устройство квантового распределения ключей с контролем параметров квантового канала может найти широкое применение при построении расширяемых квантовых коммуникационных сетей. При этом особенно важно, что имеется возможность построения сетей с заранее неизвестной и/или переменной длиной волоконно-оптической линии связи между узлами.

Изобретение относится к области квантовой криптографии. Технический результат изобретения заключается в обеспечении контроля длины волоконно-оптической линии связи между пространственно удаленными модулями устройства квантового распределения ключей и повышении скорости выработки и распределения секретного ключа в условиях переменной длины волоконно-оптической линии связи. Устройство содержит модуль измерения длины оптического волокна, включающий первый FWDM фильтр, второй оптический цирулятор, второй источник излучения, устройство регистрации оптических импульсов, второй FWDM фильтр и первое зеркало. Причем выход поляризационного контроллера волоконно соединен с выводом pass FWDM фильтра, вывод com которого выполнен с возможностью подключения к внешней волоконной линии связи, в свою очередь вывод ref FWDM фильтра подключен в порту II второго оптического циркулятора, к порту I которого подключен источник излучения на длине волны, отличной от FWDM фильтра, к порту III подключено устройство регистрации оптических импульсов. При этом к входу третьего волоконного светоделителя подключают вывод pass FWDM фильтра, к выводу ref подключается волоконное зеркало, а вывод com выполнен с возможностью подключения к внешней волоконной линии связи. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство квантового распределения ключей с контролем параметров квантового канала включает источник излучения, оптический циркулятор, два однофотонных детектора, первый волоконный светоделитель, волоконный интерферометр, первую линию задержки, второй волоконный светоделитель, первый фазовый модулятор, поляризационный контроллер, третий волоконный светоделитель, детектор, аттенюатор, вторую линию задержки, первый поляризационный фильтр, второй поляризационный фильтр, второй фазовый модулятор, первое волоконное зеркало, второе волоконное зеркало, при этом

выход источника излучения волоконно соединен с портом I оптического циркулятора, который портом II волоконно соединен с первым волоконным светоделителем, а к его порту III волоконно подключен однофотонный детектор, при этом второй выход волоконного светоделителя соединен со вторым однофотонным детектором;

выходы первого волоконного светоделителя образуют входы волоконного интерферометра, в одном из плеч которого находится перестраиваемая линия задержки;

выходы волоконного интреферометра образованы входами второго волоконного светоделителя, один из выходов второго волоконного светоделителя подключен к входу первого фазового модулятора, выход которого подключен через первый поляризационный фильтр к поляризационному контроллеру, выход которого выполнен с возможностью волоконного подключения к внешней волоконной линии связи;

вход третьего волоконного светоделителя также выполнен с возможностью подключения к внешней волоконной линии связи, один выход третьего волоконного светоделителя подключен к детектору, а другой выход подключен к входу аттенюатора, после которого включает линию задержки и второй поляризационный фильтр, причем вход линии задержки соединен с выходом аттенюатора, выход линии задержки соединен со входом второго поляризационного фильтра, а его выход волоконно подключен ко входу второго фазового модулятора, выход которого волоконно соединен с вторым волоконным зеркалом;

при этом устройство квантового распределения ключей с контролем параметров квантового канала отличается тем, что выход поляризационного контроллера волоконно соединен с выводом pass первого FWDM фильтра, вывод com, которого выполнен с возможностью подключения к внешнее волоконной линии связи, в свою очередь вывод ref первого FWDM фильтра подключен к порту II второго оптического циркулятора, к порту I которого подключен источник излучения на длине волны отличной от первого FWDM фильтра, к порту III подключено устройство регистрация оптических импульсов;

при этом к входу третьего волоконного светоделителя подключают вывод pass второго FWDM фильтра, к выводу ref подключается первое волоконное зеркало, а вывод com выполнен с возможностью подключения к внешней волоконной линии связи.

2. Устройство квантового распределения ключей по п. 1, отличающееся тем, что к порту III второго оптического циркулятора подключено устройство регистрации и измерения оптической мощности оптических импульсов.