全文摘要
本实用新型公开了一种量子签名系统，本实用新型技术方案通过签名发送端出射两组待认证激光信号，待认证激光信号包括多路量子信号以及一路消息信号，同一组待认证激光信号中，量子信号具有不同的光纤模式。认证端接收一组待认证激光信号，通过测量量子信号以及消息信号，可以生成第一测量结果。签名接收端接收另一组待认证激光信号，通过测量量子信号以及消息信号，可以生成第二测量结果，签名接收端可以基于第一测量结果与第二测量结果，确定待认证激光信号是否满足设定签名条件。
主设计要求
1.一种量子签名系统，其特征在于，所述量子签名系统包括：签名发送端，所述签名发送端用于出射两组待认证激光信号；所述待认证激光信号包括多路量子信号以及一路消息信号；同一组所述待认证激光信号中，所述量子信号具有不同的光纤模式；认证端，所述认证端用于接收一组所述待认证激光信号，测量所述量子信号以及所述消息信号，生成第一测量结果，并将所述第一测量结果公布；签名接收端，所述签名接收端用于接收另一组所述待认证激光信号，测量所述量子信号以及所述消息信号，生成第二测量结果，基于所述第一测量结果与所述第二测量结果，确定所述待认证激光信号是否满足设定签名条件。
设计方案
1.一种量子签名系统，其特征在于，所述量子签名系统包括：
签名发送端，所述签名发送端用于出射两组待认证激光信号；所述待认证激光信号包括多路量子信号以及一路消息信号；同一组所述待认证激光信号中，所述量子信号具有不同的光纤模式；
认证端，所述认证端用于接收一组所述待认证激光信号，测量所述量子信号以及所述消息信号，生成第一测量结果，并将所述第一测量结果公布；
签名接收端，所述签名接收端用于接收另一组所述待认证激光信号，测量所述量子信号以及所述消息信号，生成第二测量结果，基于所述第一测量结果与所述第二测量结果，确定所述待认证激光信号是否满足设定签名条件。
2.根据权利要求1所述的量子签名系统，其特征在于，所述签名发送端包括：
光源模块，所述光源模块用于出射初始激光信号；
分光模块，所述分光模块用于将所述初始激光信号分为多路第一激光信号；
调制转换模块，所述调制转换模块至少用于将所述第一激光信号转换为所述量子信号。
3.根据权利要求2所述的量子签名系统，其特征在于，所述光源模块包括一激光器，所述激光器用于出射所述初始激光信号；
所述分光模块用于将所述初始激光信号分为N+1路所述第一激光信号，N为正整数；
所述调制转换模块用于将N路所述第一激光信号对应转换为N路所述量子信号，将另外一路所述第一激光信号转换为所述消息信号；所述消息信号与所述量子信号的光纤模式不同。
4.根据权利要求3所述的量子签名系统，其特征在于，所述调制转换模块包括：N个第一子单元、一个第二子单元以及第一模式复用器；
其中，所述第一子单元用于对入射第一激光信号进行量子调制以及光纤模式调制，出射一路所述量子信号；所述第二子单元用于对入射第一激光信号进行消息调制以及光纤模式调制，出射所述消息信号；所述第一模式复用器用于基于入射的N路所述量子信号以及一路所述消息信号出射两组所述待认证激光信号。
5.根据权利要求4所述的量子签名系统，其特征在于，所述第一子单元包括用于进行光纤模式调制的模式转换器以及用于进行量子调制的量子调制器；
所述第二子单元包括用于进行光纤模式调制的模式转换器以及用于进行消息调制的消息调制器。
6.根据权利要求3所述的量子签名系统，其特征在于，所述调制转换模块包括：N个量子调制器、一个消息调制器以及第一模式转换复用器；
其中，所述量子调制器用于对入射第一激光信号进行量子调制，出射一路所述量子信号；所述消息调制器用于对入射第一激光信号进行消息调制，出射所述消息信号；所述第一模式转换复用器基于入射的N路所述量子信号以及一路所述消息信号出射两组所述待认证激光信号。
7.根据权利要求2所述的量子签名系统，其特征在于，所述初始激光信号包括第一初始激光信号以及第二初始激光信号；所述光源模块包括：用于出射所述第一初始激光信号的第一激光器以及用于出射所述第二初始激光信号的第二激光器；
所述分光模块用于将所述第一初始激光信号分为N路第一激光信号，N为正整数；
所述调制转换模块用于将N路所述第一激光信号对应转换为N路所述量子信号，将所述第二初始激光信号转换为所述消息信号。
8.根据权利要求7所述的量子签名系统，其特征在于，所述调制转换模块包括：N个第一子单元、一个第二子单元以及第一模式复用器；
其中，所述第一子单元用于对入射第一激光信号进行量子调制以及光纤模式调制，出射一路所述量子信号；所述第二子单元用于对入射第二初始激光信号至少进行消息调制，出射所述消息信号；所述第一模式复用器用于将入射的N路所述量子信号和一路所述消息信号耦合，将耦合后的激光信号分为两束输出，或所述第一模式复用器用于将入射的N路所述量子信号耦合，将耦合后的激光信号分为两束输出。
9.根据权利要求8所述的量子签名系统，其特征在于，所述第一子单元包括用于进行光纤模式调制的模式转换器以及用于进行量子调制的量子调制器；
所述第二子单元包括用于进行光纤模式调制的模式转换器以及用于进行消息调制的消息调制器；所述量子信号与所述消息信号的光纤模式不同；
或，所述第二子单元包括用于进行消息调制的消息调制器。
10.根据权利要求7所述的量子签名系统，其特征在于，所述调制转换模块包括：N个量子调制器、一个消息调制器以及第一模式转换复用器；
其中，所述量子调制器用于对入射第一激光信号进行量子调制，出射一路所述量子信号；所述消息调制器用于对入射第二初始激光信号进行消息调制，出射所述消息信号；所述第一模式转换复用器用于将入射的N路所述量子信号以及一路所述消息信号进行光纤模式转换，使得任意两路激光信号的光纤模式均不同，将模式转换后的信号耦合，将耦合后的激光信号分为两束输出，或所述第一模式转换复用器用于将入射的N路所述量子信号进行光纤模式转换，使得任意两路激光信号的光纤模式均不同，将模式转换后的信号耦合，将耦合后的激光信号分为两束输出。
11.根据权利要求2-10任一项所述的量子签名系统，其特征在于，同一组所述待认证激光信号包括N路所述量子信号以及一路所述消息信号，N为正整数；所述签名接收端包括第二模式复用器；
入射所述签名接收端的一组所述待认证激光信号中，N路所述量子信号以及所述消息信号耦合为一束激光信号入射所述第二模式复用器，所述消息信号与所述量子信号具有不同的光纤模式；所述第二模式复用器用于将入射的耦合激光信号分为N+1路不同光纤模式的激光信号；该N+1路不同光纤模式的激光信号中，对应所述消息信号的一路激光信号通过一对应模式转换器入射消息探测器进行测量，另外N路激光信号分别通过一对应模式转换器入射一对应量子探测器进行测量；
或，入射所述签名接收端的一组所述待认证激光信号中，N路所述量子信号耦合为一束激光信号入射所述第二模式复用器，所述消息信号入射消息探测器进行测量；所述第二模式复用器用于将入射的耦合激光信号分为与N路所述量子信号一一对应的N路不同光纤模式的激光信号，该N路激光信号分别通过一对应模式转换器入射一对应量子探测器进行测量。
12.根据权利要求2-10任一项所述的量子签名系统，其特征在于，同一组所述待认证激光信号包括N路所述量子信号以及一路所述消息信号，N为正整数；所述认证端包括第三模式复用器；
入射所述认证端的一组所述待认证激光信号中，N路所述量子信号以及所述消息信号耦合为一束激光信号入射所述第三模式复用器，所述消息信号与所述量子信号具有不同的光纤模式；所述第三模式复用器用于将入射的耦合激光信号分为N+1路不同光纤模式的激光信号；该N+1路不同光纤模式的激光信号中，对应所述消息信号的一路激光信号通过一对应模式转换器入射消息探测器进行测量，另外N路激光信号分别通过一对应模式转换器入射一对应量子探测器进行测量；
或，入射所述认证端的一组所述待认证激光信号中，N路所述量子信号耦合为一束激光信号入射所述第三模式复用器，所述消息信号入射消息探测器进行测量；所述第三模式复用器用于将入射的耦合激光信号分为与N路所述量子信号一一对应的N路不同光纤模式的激光信号，该N路激光信号分别通过一对应模式转换器入射一对应量子探测器进行测量。
13.根据权利要求2-10任一项所述的量子签名系统，其特征在于，同一组所述待认证激光信号包括N路所述量子信号以及一路所述消息信号，N为正整数；所述签名接收端包括第二模式转换复用器；
入射所述签名接收端的一组所述待认证激光信号中，N路所述量子信号以及所述消息信号耦合为一束激光信号入射所述第二模式转换复用器，所述消息信号与所述量子信号具有不同的光纤模式；所述第二模式转换复用器用于将入射的耦合激光信号分为N+1路激光信号，该N+1路激光信号中，其中一路对应所述消息信号，通过消息探测器进行测量，其他N路与N路所述量子信号一一对应，分别通过一量子探测器进行测量；
或，入射所述签名接收端的一组所述待认证激光信号中，N路所述量子信号耦合为一束激光信号入射所述第二模式转换复用器，所述消息信号入射消息探测器进行测量；所述第二模式转换复用器用于将入射的耦合激光信号分为N路激光信号，该N路激光信号与N路所述量子信号一一对应，分别通过一量子探测器进行测量。
14.根据权利要求2-10任一项所述的量子签名系统，其特征在于，同一组所述待认证激光信号包括N路所述量子信号以及一路所述消息信号，N为正整数；所述认证端包括第三模式转换复用器；
入射所述认证端的一组所述待认证激光信号中，N路所述量子信号以及所述消息信号耦合为一束激光信号入射所述第三模式转换复用器，所述消息信号与所述量子信号具有不同的光纤模式；所述第三模式转换复用器用于将入射的耦合激光信号分为N+1路激光信号，该N+1路激光信号中，其中一路对应所述消息信号，通过消息探测器进行测量，其他N路与N路所述量子信号一一对应，分别通过一量子探测器进行测量；
或，入射所述认证端的一组所述待认证激光信号中，N路所述量子信号耦合为一束激光信号入射所述第三模式转换复用器，所述消息信号入射消息探测器进行测量；所述第三模式转换复用器用于将入射的耦合激光信号分为N路激光信号，该N路激光信号与N路所述量子信号一一对应，分别通过一量子探测器进行测量。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及量子通信技术领域，更具体的说，涉及一种量子签名系统。
背景技术
数字签名是实现网络身份认证、数据完整性保护和非否认服务的基础，也是开展电子商务和签订电子合同的重要工具，在现代密码系统中起着相当重要的作用。
由于经典数据签名协议并不是无条件安全的，于是人们基于量子特性提出了量子数字签名。现有的量子签名系统通信速率较低，不能满足目前通信对高带宽的需求。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型技术方案提供了一种量子签名系统，提高了量子签名的通信速率，可以满足目前通信对高带宽的需求。
为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种量子签名系统，所述量子签名系统包括：
签名发送端，所述签名发送端用于出射两组待认证激光信号；所述待认证激光信号包括多路量子信号以及一路消息信号；同一组所述待认证激光信号中，所述量子信号具有不同的光纤模式；
认证端，所述认证端用于接收一组所述待认证激光信号，测量所述量子信号以及所述消息信号，生成第一测量结果，并将所述第一测量结果公布；
签名接收端，所述签名接收端用于接收另一组所述待认证激光信号，测量所述量子信号以及所述消息信号，生成第二测量结果，基于所述第一测量结果与所述第二测量结果，确定所述待认证激光信号是否满足设定签名条件。
优选的，在上述量子签名系统中，所述签名发送端包括：
光源模块，所述光源模块用于出射初始激光信号；
分光模块，所述分光模块用于将所述初始激光信号分为多路第一激光信号；
调制转换模块，所述调制转换模块至少用于将所述第一激光信号转换为所述量子信号。
优选的，在上述量子签名系统中，所述光源模块包括一激光器，所述激光器用于出射所述初始激光信号；
所述分光模块用于将所述初始激光信号分为N+1路所述第一激光信号， N为正整数；
所述调制转换模块用于将N路所述第一激光信号对应转换为N路所述量子信号，将另外一路所述第一激光信号转换为所述消息信号；所述消息信号与所述量子信号的光纤模式不同。
优选的，在上述量子签名系统中，所述调制转换模块包括：N个第一子单元、一个第二子单元以及第一模式复用器；
其中，所述第一子单元用于对入射第一激光信号进行量子调制以及光纤模式调制，出射一路所述量子信号；所述第二子单元用于对入射第一激光信号进行消息调制以及光纤模式调制，出射所述消息信号；所述第一模式复用器用于基于入射的N路所述量子信号以及一路所述消息信号出射两组所述待认证激光信号。
优选的，在上述量子签名系统中，所述第一子单元包括用于进行光纤模式调制的模式转换器以及用于进行量子调制的量子调制器；
所述第二子单元包括用于进行光纤模式调制的模式转换器以及用于进行消息调制的消息调制器。
优选的，在上述量子签名系统中，所述调制转换模块包括：N个量子调制器、一个消息调制器以及第一模式转换复用器；
其中，所述量子调制器用于对入射第一激光信号进行量子调制，出射一路所述量子信号；所述消息调制器用于对入射第一激光信号进行消息调制，出射所述消息信号；所述第一模式转换复用器基于入射的N路所述量子信号以及一路所述消息信号出射两组所述待认证激光信号。
优选的，在上述量子签名系统中，所述初始激光信号包括第一初始激光信号以及第二初始激光信号；所述光源模块包括：用于出射所述第一初始激光信号的第一激光器以及用于出射所述第二初始激光信号的第二激光器；
所述分光模块用于将所述第一初始激光信号分为N路第一激光信号，N 为正整数；
所述调制转换模块用于将N路所述第一激光信号对应转换为N路所述量子信号，将所述第二初始激光信号转换为所述消息信号。
优选的，在上述量子签名系统中，所述调制转换模块包括：N个第一子单元、一个第二子单元以及第一模式复用器；
其中，所述第一子单元用于对入射第一激光信号进行量子调制以及光纤模式调制，出射一路所述量子信号；所述第二子单元用于对入射第二初始激光信号至少进行消息调制，出射所述消息信号；所述第一模式复用器用于将入射的N路所述量子信号和一路所述消息信号耦合，将耦合后的激光信号分为两束输出，或所述第一模式复用器用于将入射的N路所述量子信号耦合，将耦合后的激光信号分为两束输出。
优选的，在上述量子签名系统中，所述第一子单元包括用于进行光纤模式调制的模式转换器以及用于进行量子调制的量子调制器；
所述第二子单元包括用于进行光纤模式调制的模式转换器以及用于进行消息调制的消息调制器；所述第一模式复用器用于将入射的N路所述量子信号和一路所述消息信号耦合，将耦合后的激光信号分为两束输出；所述量子信号与所述消息信号的光纤模式不同；
或，所述第二子单元包括用于进行消息调制的消息调制器；所述第一模式复用器用于将入射的N路所述量子信号耦合，将耦合后的激光信号分为两束输出。
优选的，在上述量子签名系统中，所述调制转换模块包括：N个量子调制器、一个消息调制器以及第一模式转换复用器；
其中，所述量子调制器用于对入射第一激光信号进行量子调制，出射一路所述量子信号；所述消息调制器用于对入射第二初始激光信号进行消息调制，出射所述消息信号；所述第一模式转换复用器用于将入射的N路所述量子信号以及一路所述消息信号进行光纤模式转换，使得任意两路激光信号的光纤模式均不同，将模式转换后的信号耦合，将耦合后的激光信号分为两束输出，或所述第一模式转换复用器用于将入射的N路所述量子信号进行光纤模式转换，使得任意两路激光信号的光纤模式均不同，将模式转换后的信号耦合，将耦合后的激光信号分为两束输出。
优选的，在上述量子签名系统中，同一组所述待认证激光信号包括N路所述量子信号以及一路所述消息信号，N为正整数；所述签名接收端包括第二模式复用器；
入射所述签名接收端的一组所述待认证激光信号中，N路所述量子信号以及所述消息信号耦合为一束激光信号入射所述第二模式复用器，所述消息信号与所述量子信号具有不同的光纤模式；所述第二模式复用器用于将入射的耦合激光信号分为N+1路不同光纤模式的激光信号；该N+1路不同光纤模式的激光信号中，对应所述消息信号的一路激光信号通过一对应模式转换器入射消息探测器进行测量，另外N路激光信号分别通过一对应模式转换器入射一对应量子探测器进行测量；
或，入射所述签名接收端的一组所述待认证激光信号中，N路所述量子信号耦合为一束激光信号入射所述第二模式复用器，所述消息信号入射消息探测器进行测量；所述第二模式复用器用于将入射的耦合激光信号分为与N 路所述量子信号一一对应的N路不同光纤模式的激光信号，该N路激光信号分别通过一对应模式转换器入射一对应量子探测器进行测量。
优选的，在上述量子签名系统中，同一组所述待认证激光信号包括N路所述量子信号以及一路所述消息信号，N为正整数；所述认证端包括第三模式复用器；
入射所述认证端的一组所述待认证激光信号中，N路所述量子信号以及所述消息信号耦合为一束激光信号入射所述第三模式复用器，所述消息信号与所述量子信号具有不同的光纤模式；所述第三模式复用器用于将入射的耦合激光信号分为N+1路不同光纤模式的激光信号；该N+1路不同光纤模式的激光信号中，对应所述消息信号的一路激光信号通过一对应模式转换器入射消息探测器进行测量，另外N路激光信号分别通过一对应模式转换器入射一对应量子探测器进行测量；
或，入射所述认证端的一组所述待认证激光信号中，N路所述量子信号耦合为一束激光信号入射所述第三模式复用器，所述消息信号入射消息探测器进行测量；所述第三模式复用器用于将入射的耦合激光信号分为与N路所述量子信号一一对应的N路不同光纤模式的激光信号，该N路激光信号分别通过一对应模式转换器入射一对应量子探测器进行测量。
优选的，在上述量子签名系统中，同一组所述待认证激光信号包括N路所述量子信号以及一路所述消息信号，N为正整数；所述签名接收端包括第二模式转换复用器；
入射所述签名接收端的一组所述待认证激光信号中，N路所述量子信号以及所述消息信号耦合为一束激光信号入射所述第二模式转换复用器，所述消息信号与所述量子信号具有不同的光纤模式；所述第二模式转换复用器用于将入射的耦合激光信号分为N+1路激光信号，该N+1路激光信号中，其中一路对应所述消息信号，通过消息探测器进行测量，其他N路与N路所述量子信号一一对应，分别通过一量子探测器进行测量；
或，入射所述签名接收端的一组所述待认证激光信号中，N路所述量子信号耦合为一束激光信号入射所述第二模式转换复用器，所述消息信号入射消息探测器进行测量；所述第二模式转换复用器用于将入射的耦合激光信号分为N路激光信号，该N路激光信号与N路所述量子信号一一对应，分别通过一量子探测器进行测量。
优选的，在上述量子签名系统中，同一组所述待认证激光信号包括N路所述量子信号以及一路所述消息信号，N为正整数；所述认证端包括第三模式转换复用器；
入射所述认证端的一组所述待认证激光信号中，N路所述量子信号以及所述消息信号耦合为一束激光信号入射所述第三模式转换复用器，所述消息信号与所述量子信号具有不同的光纤模式；所述第三模式转换复用器用于将入射的耦合激光信号分为N+1路激光信号，该N+1路激光信号中，其中一路对应所述消息信号，通过消息探测器进行测量，其他N路与N路所述量子信号一一对应，分别通过一量子探测器进行测量；
或，入射所述认证端的一组所述待认证激光信号中，N路所述量子信号耦合为一束激光信号入射所述第三模式转换复用器，所述消息信号入射消息探测器进行测量；所述第三模式转换复用器用于将入射的耦合激光信号分为N 路激光信号，该N路激光信号与N路所述量子信号一一对应，分别通过一量子探测器进行测量。
通过上述描述可知，本实用新型技术方案提供的量子签名系统以及方法中，通过签名发送端出射两组待认证激光信号，待认证激光信号包括多路量子信号以及一路消息信号，同一组待认证激光信号中，量子信号具有不同的光纤模式。认证端接收一组待认证激光信号，通过测量量子信号以及消息信号，可以生成第一测量结果。签名接收端接收另一组待认证激光信号，通过测量量子信号以及消息信号，可以生成第二测量结果，签名接收端可以基于第一测量结果与第二测量结果，确定待认证激光信号是否满足设定签名条件。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种量子签名系统的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的另一种量子签名系统的结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的又一种量子签名系统的结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的又一种量子签名系统的结构示意图；
图5为本实用新型实施例提供的又一种量子签名系统的结构示意图；
图6为本实用新型实施例提供的又一种量子签名系统的结构示意图；
图7为本实用新型实施例提供的又一种量子签名系统的结构示意图；
图8为本实用新型实施例提供的又一种量子签名系统的结构示意图；
图9为本实用新型实施例提供的又一种量子签名系统的结构示意图；
图10为本实用新型实施例通过时分复用降低探测器数量的原理示意图；
图11为本实用新型实施例提供的一种通过分束器增加器件端口的原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
传统一种实现量子签名的方案需要认证量子信道，需要长时间的量子存储，需要制备和传输复杂单向函数量子态，需要复杂单向函数的交换测试，这四项巨大的技术挑战使得该方案至今无法用于实际应用当中。
基于激光相干态作为量子态，结合多端口对称干涉仪实现量子签名的技术方案无需量子存储，克服了上述四项技术挑战，但是该技术方案要求实现远距离的单光子等臂干涉仪，技术难度很大，同时存在不能抵御相干攻击的安全性问题。
基于量子密钥分发系统的量子数字签名方案，可以克服量子数字签名中需要认证的量子信道的要求，推动了量子签名的实用化发展，该方案采用 YFC2016协议进行通信。实现该量子签名方案的量子签名系统包括：签名发送端、签名接收端以及认证端，通常分别称为Alice、Bob和Charlie。签名过程实现主要包括分发阶段、估计阶段以及消息阶段等三个阶段。该方案利用双光子四态或六态来进行量子签名。
以双光子六态来进行描述，6个光子态分别为设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920052387.3
申请日:2019-01-11
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:34(安徽)
授权编号:CN209659323U
授权时间:20191119
主分类号:H04L 9/32
专利分类号:H04L9/32;H04L9/08
范畴分类:39B;
申请人:科大国盾量子技术股份有限公司
第一申请人:科大国盾量子技术股份有限公司
申请人地址:230088 安徽省合肥市高新区望江西路800号合肥创新产业园D3楼
发明人:李东东;刘建宏
第一发明人:李东东
当前权利人:科大国盾量子技术股份有限公司
代理人:姚璐华;王宝筠
代理机构:11227
代理机构编号:北京集佳知识产权代理有限公司 11227
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计