一种量子密钥分发设备安全检测方法及系统

本发明涉及数据处理，特别是指一种量子密钥分发设备安全检测方法及系统。

背景技术：

1、量子密钥分发设备利用量子态的不可完全区分性以及测量扰动进行密钥协商，实际设备通常通过量子比特误码率、检测增益、器件插入损耗或探测响应等参数判断运行状态；在针对设备可能受到的间接测量作用开展安全检测时，辅助系统可通过与测试信号发生弱相互作用而携带与逻辑比特相关的信息，该过程产生的扰动具有连续可调特征，与直接投影测量并重新制备测试信号的截获重发式测试不同。

2、现有安全检测方式缺少一条能够在不对测试信号执行直接投影测量或重新制备的条件下，形成可控的辅助系统间接测量作用，并将辅助系统读出数据、施加辅助耦合时的接收端通信响应与无辅助耦合时的基准通信响应进行对应处理的检测链路，因而难以在同一测试条件下确定间接测量获得逻辑比特信息的能力及其引起的设备安全风险。

技术实现思路

1、本发明提供了一种量子密钥分发设备安全检测方法及系统，可以重新构建逻辑比特统计态并更新判别基，因而能够在同一处理框架内适配不同的协议参数。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

3、第一方面，一种量子密钥分发设备安全检测方法，包括：

4、获取待测协议参数，生成无辅助耦合的基准序列和施加辅助耦合的检测序列，并采集基准qkd系统响应特征数据；

5、根据各逻辑比特的量子态集合及条件概率构建对应的逻辑比特统计态，根据逻辑比特统计态之间的差异确定判别基；

6、将检测序列中的测试信号在判别基下相干映射为至少两个相互正交且保持相对相位的信号模式；

7、使信号模式分别与辅助系统发生模式受控的弱相互作用，并形成与信号模式相关联的条件辅助态；测量辅助系统的预设可观测量，得到用于表征条件辅助态可区分性的辅助读出数据；

8、对弱相互作用后的信号模式执行逆相干模式变换、相位补偿和时延匹配，得到重合测试信号并输出至待测量子密钥分发设备的接收测试端，其中，信号重合不根据辅助读出数据执行路径选择、投影测量或重新制备；

9、采集接收测试端对检测序列的检测qkd系统响应特征数据，根据测试序列标识和时间窗口将辅助读出数据、检测qkd系统响应特征数据与基准qkd系统响应特征数据关联为联合测试数据；

10、根据联合测试数据和与待测协议相匹配的参数估计规则，确定潜在信息泄漏指标、辅助系统间接测量引入的等效量子比特误码率、单光子相位误码上界、密钥率下界和安全风险等级中的至少一种安全指标。

11、第二方面，一种量子密钥分发设备安全检测系统，包括测试信号产生模块、判别基映射模块、辅助耦合模块、辅助读出模块、信号重合输出模块、通信响应采集模块和安全指标计算模块；

12、测试信号产生模块用于生成基准序列和检测序列并采集基准qkd系统响应特征数据；判别基映射模块用于构建逻辑比特统计态、确定判别基并将检测序列中的测试信号相干映射为正交信号模式；辅助耦合模块用于使正交信号模式与辅助系统发生模式受控的弱相互作用；辅助读出模块用于测量辅助系统的预设可观测量并得到用于表征条件辅助态可区分性的辅助读出数据；

13、信号重合输出模块用于对弱相互作用后的正交信号模式执行逆相干模式变换、相位补偿和时延匹配，并将重合测试信号输出至待测量子密钥分发设备，且不根据辅助读出数据执行路径选择、投影测量或重新制备；通信响应采集模块用于采集检测qkd系统响应特征数据；安全指标计算模块用于关联辅助读出数据、检测qkd系统响应特征数据和基准qkd系统响应特征数据，并确定潜在信息泄漏指标以及安全风险等级。

14、本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

15、本发明根据待测协议中各逻辑比特对应的量子态集合及条件概率构建逻辑比特统计态，并依据不同逻辑比特统计态之间的差异确定判别基，使正交信号模式的映射方向与待测协议的逻辑比特统计差异相对应；待测协议的编码态集合或条件概率发生变化时，可以重新构建逻辑比特统计态并更新判别基，因而能够在同一处理框架内适配不同的协议参数。

16、本发明将检测序列中的测试信号相干映射为保持相对相位的正交信号模式，使各信号模式与辅助系统发生模式受控的弱相互作用，再通过逆相干模式变换、相位补偿和时延匹配形成重合测试信号；信号重合不根据辅助读出数据执行路径选择、投影测量或重新制备，因而能够形成区别于截获重发式测试的间接测量检测条件，并保留辅助系统信息获取与接收端扰动之间的对应关系。

17、本发明设置无辅助耦合的基准序列和施加辅助耦合的检测序列，按照测试序列标识和时间窗口关联辅助读出数据、检测qkd系统响应特征数据与基准qkd系统响应特征数据，再依据与待测协议匹配的参数估计规则确定潜在信息泄漏指标和安全风险等级；由于同一联合测试数据同时包含辅助系统读出、检测序列响应和基准序列响应，能够减少仅依据单一量子比特误码率或单一器件参数进行判断时的信息缺失，并使检测结果对应到具体测试序列和测试时间。

1.一种量子密钥分发设备安全检测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的量子密钥分发设备安全检测方法，其特征在于，根据各逻辑比特的量子态集合及条件概率构建对应的逻辑比特统计态，包括：

3.根据权利要求2所述的量子密钥分发设备安全检测方法，其特征在于，将检测序列中的测试信号在判别基下相干映射为信号模式，包括：

4.根据权利要求3所述的量子密钥分发设备安全检测方法，其特征在于，使信号模式分别与辅助系统发生模式受控的弱相互作用，包括：

5.根据权利要求4所述的量子密钥分发设备安全检测方法，其特征在于，测量辅助系统的预设可观测量，包括：

6.根据权利要求5所述的量子密钥分发设备安全检测方法，其特征在于，对弱相互作用后的信号模式进行处理，包括：

7.根据权利要求6所述的量子密钥分发设备安全检测方法，其特征在于，使基准序列和检测序列采用相同的信号源、信道、接收测试端和协议后处理规则，并按照预设交错周期交替执行；按照测试序列标识、协议标签、辅助耦合状态、辅助耦合参数和时间窗口，对辅助读出数据、检测事件、筛选结果和错误事件进行对齐；针对每一测试参数组分别确定发射事件总数、有效检测事件数和错误事件数，根据有效检测事件数与发射事件总数的比值确定增益，根据错误事件数与发射事件总数的比值确定错误增益，并在有效检测事件数为零时将对应误码率标记为不可计算。

8.根据权利要求7所述的量子密钥分发设备安全检测方法，其特征在于，根据联合测试数据确定潜在信息泄漏指标，包括：

9.根据权利要求8所述的量子密钥分发设备安全检测方法，其特征在于，测试信号包括按照真空态、弱诱骗态和信号态分类的相位随机化弱相干脉冲；

10.一种量子密钥分发设备安全检测系统，其特征在于，包括测试信号产生模块、判别基映射模块、辅助耦合模块、辅助读出模块、信号重合输出模块、通信响应采集模块和安全指标计算模块；