本實用新型屬于量子密碼通信技術(shù)領(lǐng)域的量子密鑰分配(QKD)系統(tǒng)中，監(jiān)測單光子探測器是否遭受探測致盲攻擊的實現(xiàn)裝置，尤其涉及一種單光子探測器探測致盲攻擊的監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
量子密碼通信結(jié)合了量子物理原理和現(xiàn)代通信技術(shù)。量子密碼通信通過量子物理原理保障異地密鑰協(xié)商過程和結(jié)果的安全性，與“一次一密”加密技術(shù)結(jié)合，可以實現(xiàn)不依賴算法復(fù)雜度的保密通信。
量子密鑰分配(QKD)利用量子力學(xué)原理實現(xiàn)通信雙方產(chǎn)生無條件安全的密鑰，而且不會被未經(jīng)許可的第三方竊聽。目前，多種QKD協(xié)議(單光子QKD協(xié)議、連續(xù)變量QKD協(xié)議、糾纏光子對QKD協(xié)議等)被證明在理想的條件下(理想的光源、編解碼器、信道、探測器)具有無條件安全性。然而，實際QKD系統(tǒng)所采用的器件不完全符合理想的條件，這將導(dǎo)致嚴(yán)重的安全漏洞，降低實際QKD系統(tǒng)的安全性。為了提高實際QKD系統(tǒng)的安全性，必須彌補(bǔ)因為非理想器件而導(dǎo)致的安全漏洞。
實際QKD系統(tǒng)中可導(dǎo)致安全漏洞的器件主要有光源、光學(xué)器件、探測器等，對于非理想光源，可采用的攻擊手段有：光子數(shù)分離攻擊、光強(qiáng)漲落與波動攻擊、非可信光源攻擊、多光源差異攻擊等。對于非理想光學(xué)器件，可采用的攻擊手段有：相位重映射攻擊、不完全隨機(jī)化相位攻擊、被動法拉第反射鏡攻擊、分束器波長相關(guān)攻擊等。對于非理想探測器導(dǎo)致的安全漏洞，可采用的攻擊手段有：時移攻擊、偽態(tài)攻擊、探測致盲攻擊(包括強(qiáng)光致盲、后門攻擊、死時間攻擊等)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本實用新型的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種單光子探測器探測致盲攻擊的監(jiān)測裝置，本單光子探測器探測致盲攻擊的監(jiān)測裝置可有效監(jiān)測目前已知的各種致盲攻擊方案，發(fā)現(xiàn)致盲攻擊后可進(jìn)行報警、終止密鑰分配，保障QKD系統(tǒng)的安全。
為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實用新型采取的技術(shù)方案為：單光子探測器探測致盲攻擊的監(jiān)測裝置，包括單光子探測器；其特征在于還包括：溫度監(jiān)測模塊、電壓監(jiān)測模塊、電流監(jiān)測模塊和參數(shù)監(jiān)測模塊；溫度監(jiān)測模塊用于監(jiān)測單光子探測器的光敏元件的工作溫度；電壓監(jiān)測模塊用于監(jiān)測單光子探測器的光敏元件的工作電壓和甄別閾值電壓；電流監(jiān)測模塊用于監(jiān)測流過單光子探測器的光敏元件的光電流；光電流可通過電流表進(jìn)行監(jiān)測，也可以通過對串聯(lián)電阻進(jìn)行電壓采樣進(jìn)行監(jiān)測；參數(shù)監(jiān)測模塊用于將實時指標(biāo)數(shù)據(jù)與參考指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以實現(xiàn)監(jiān)測；參數(shù)監(jiān)測模塊通過存儲標(biāo)定的單光子探測器的探測效率、暗計數(shù)率和后脈沖率，形成參考指標(biāo)數(shù)據(jù)；參數(shù)監(jiān)測模塊通過監(jiān)測工作時的單光子探測器的探測效率、暗計數(shù)率和后脈沖率，形成實時指標(biāo)數(shù)據(jù)。
作為本實用新型進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案，溫度監(jiān)測模塊為溫度傳感器或者溫度計；所述溫度傳感器是熱電阻溫度傳感器或者熱電偶溫度傳感器。
作為本實用新型進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案，電壓監(jiān)測模塊為電壓采樣器、電壓表或者示波器。
作為本實用新型進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案，所述電壓監(jiān)測模塊還包括ADC芯片和CPU；ADC芯片用于對工作電壓和甄別閾值電壓采樣并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后輸出給CPU進(jìn)行監(jiān)測。
作為本實用新型進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案，電流監(jiān)測模塊為電流采樣器、電流表或者示波器。
作為本實用新型進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案，單光子探測器是以InGaAs-APD或Si-APD為光敏元件的單光子探測器，或者是光電倍增管，或者是以超導(dǎo)納米線為吸收材料的超導(dǎo)單光子探測器。InGaAs-APD為銦鎵砷雪崩光電二極管，Si-APD為硅雪崩光電二極管。
目前QKD系統(tǒng)中采用的單光子探測器主要有：1)門觸發(fā)蓋革模式的InGaAs-APD；2)常開狀態(tài)蓋革模式的Si-APD；3)基于納米線的超導(dǎo)單光子探測器SSPD。對于這些單光子探測器，可以采用一種所謂的探測致盲攻擊，實現(xiàn)對QKD接收方的探測器工作狀態(tài)和探測結(jié)果的控制。從而竊聽方能在不被發(fā)現(xiàn)的情況下竊取信息。本實用新型主要針對單光子探測器的探測致盲攻擊，可有效的覺察和發(fā)現(xiàn)是否存在探測致盲攻擊。
下面以基于雪崩光電二極管(APD，APD是單光子探測器的一種光敏元件)的單光子探測器為例，介紹探測致盲攻擊的原理和監(jiān)測探測致盲攻擊的方法。
APD的工作模式有兩種：線性模式和蓋革模式。當(dāng)加在APD的反向偏壓小于單光子探測器APD的擊穿電壓時，APD工作于線性模式；當(dāng)反向偏壓大于擊穿電壓時，APD工作于蓋革模式。在線性模式下，APD放大增益較小，一般小于100，因此探測不到單光子信號，只能探測強(qiáng)光信號。在蓋革模式下，APD發(fā)生“自持雪崩”，增益可達(dá)到106，因此能探測單光子信號。探測致盲攻擊，是通過各種攻擊手段，使APD不能工作于蓋革模式，只能工作于線性模式。這樣，接收方探測器無法探測到發(fā)射方發(fā)出的單光子信號，而攻擊方可根據(jù)自己的需求，發(fā)出強(qiáng)光信號，使接收方探測器的探測輸出結(jié)果跟自己一致，從而實現(xiàn)對接收方探測結(jié)果的竊聽。
目前對單光子探測器進(jìn)行探測致盲攻擊的方案主要有：1)強(qiáng)光入射單光子探測器APD，使得單光子探測器APD的光電流增大，導(dǎo)致單光子探測器APD的反向偏壓降低，實現(xiàn)探測致盲；2)強(qiáng)光入射的熱效應(yīng)使單光子探測器APD工作溫度升高，單光子探測器APD雪崩電壓增大，實現(xiàn)探測致盲；3)對門觸發(fā)單光子探測器采用門后攻擊，實現(xiàn)探測致盲；4)利用探測器的死時間，使探測器在大部分時間內(nèi)處于死時間狀態(tài)，實現(xiàn)探測致盲攻擊。
單光子探測器的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)有：探測效率、暗計數(shù)率、后脈沖率。為了使單光子探測器正常工作，需要將單光子探測器APD等光敏元器件置于合適的工作條件下，這些工作條件有：溫度、工作電壓、甄別閾值電壓等。單光子探測器APD吸收單光子信號后，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生光電流。本實用新型包括對上述各參數(shù)和性能指標(biāo)的監(jiān)測。具體監(jiān)測內(nèi)容有：單光子探測器APD的工作溫度、工作電壓、流過單光子探測器APD的光電流、甄別光電信號的閾值電壓、單光子探測器的探測效率、暗計數(shù)率和后脈沖率。
單光子探測器APD的工作溫度可通過在單光子探測器APD上放置溫度傳感器進(jìn)行監(jiān)測；單光子探測器APD的工作電壓和甄別閾值電壓可通過ADC芯片對其采樣后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后輸出給CPU進(jìn)行監(jiān)測；光電流可通過電流表進(jìn)行監(jiān)測，也可以通過對串聯(lián)電阻進(jìn)行電壓采樣進(jìn)行監(jiān)測；單光子探測器的探測效率、暗計數(shù)率和后脈沖率可事先標(biāo)定和測量，將得到的各項指標(biāo)數(shù)據(jù)作為參考數(shù)據(jù)，存儲在監(jiān)測裝置中。當(dāng)單光子探測器工作時，對單光子探測器的探測計數(shù)進(jìn)行分析計算，得到實時的指標(biāo)數(shù)據(jù)(探測效率、暗計數(shù)率和后脈沖率)，將實時的指標(biāo)數(shù)據(jù)與事先存儲的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，即可實現(xiàn)監(jiān)測，換句話說，如果發(fā)現(xiàn)實時的指標(biāo)數(shù)據(jù)與參考數(shù)據(jù)差異明顯，則可能存在探測致盲攻擊。
附圖說明
圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
實施例1
參見圖1，本單光子探測器探測致盲攻擊的監(jiān)測裝置，包括單光子探測器；還包括：溫度監(jiān)測模塊、電壓監(jiān)測模塊、電流監(jiān)測模塊和參數(shù)監(jiān)測模塊；溫度監(jiān)測模塊用于監(jiān)測單光子探測器的光敏元件的工作溫度；電壓監(jiān)測模塊用于監(jiān)測單光子探測器的光敏元件的工作電壓和甄別閾值電壓；電流監(jiān)測模塊用于監(jiān)測流過單光子探測器的光敏元件的光電流；光電流可通過電流表進(jìn)行監(jiān)測，也可以通過對串聯(lián)電阻進(jìn)行電壓采樣進(jìn)行監(jiān)測；參數(shù)監(jiān)測模塊用于將實時指標(biāo)數(shù)據(jù)與參考指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以實現(xiàn)監(jiān)測；參數(shù)監(jiān)測模塊通過存儲標(biāo)定的單光子探測器的探測效率、暗計數(shù)率和后脈沖率，形成參考指標(biāo)數(shù)據(jù)；參數(shù)監(jiān)測模塊通過監(jiān)測工作時的單光子探測器APD的探測效率、暗計數(shù)率和后脈沖率，形成實時指標(biāo)數(shù)據(jù)。
溫度監(jiān)測模塊為溫度傳感器或者溫度計；所述溫度傳感器是熱電阻溫度傳感器或者熱電偶溫度傳感器。電壓監(jiān)測模塊為電壓采樣器、電壓表或者示波器。所述電壓監(jiān)測模塊還包括ADC芯片和CPU；ADC芯片用于對工作電壓和甄別閾值電壓采樣并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后輸出給CPU進(jìn)行監(jiān)測。電流監(jiān)測模塊為電流采樣器、電流表或者示波器。單光子探測器是以InGaAs-APD或Si-APD為光敏元件的單光子探測器，或者是光電倍增管，或者是以超導(dǎo)納米線為吸收材料的超導(dǎo)單光子探測器。