CN104516816A - 一种量子密钥分发系统中关键器件测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于量子保密通信技术领域，提出了一种量子密钥分发系统中关键器件测试方法，包括以下步骤：步骤一：确定需要测试的量子密钥分发系统中的关键器件及各关键器件的关键测试参数；步骤二：在关键测试参数中选择主变参数，其余参数作为从变参数；步骤三：通过人机控制界面设置各主变参数的值，测试从变参数；步骤四：将测试数据写入数据库；步骤五：分析数据库中测试数据，显示分析结果；步骤六：对分析结果进行判断，如有必要返回步骤三继续测试；步骤七：对数据库中的所有测试数据进行统计分析，得出测试结论。本发明基于对测试数据的分析结果，来控制关键测试参数，一定程度上消除了测试中的盲目性，提高了测试效率，降低了测试成本。
Description
技术领域
本发明属于量子保密通信技术领域，具体涉及一种量子密钥分发系统中关键器件测试方法。
背景技术
量子通信是近二十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。近来这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展，高效安全的信息传输日益受到人们的关注。
物理上，量子通信可以被理解为在物理极限下，利用量子效应实现的高性能通信。信息学上，我们则认为量子通信是利用量子力学的基本原理(如量子态不可克隆原理和量子态的测量塌缩性质等)或者利用量子态隐形传输等量子系统特有属性，以及量子测量的方法来完成两地之间的信息传递。
以量子密钥分发(QKD)协议为基础的量子密码技术是现阶段量子通信最重要的实际应用之一。传统的密码学是以数学为基础的密码体制，而量子密码以量子力学为基础，它的安全性是建立在测不准原理、量子的不可克隆及量子相干性等物理特性之上的，被证明是绝对安全的。
QKD系统是一种基于QKD协议的量子通信系统，由于其中生成、传输和接收的量子信息的不可重复测量性决定了QKD系统测试有别于经典通信系统测试的特殊性。
一方面，QKD系统运行结果是QKD系统中的各个关键器件之间及关键器件的各个技术指标之间相互影响、相互制约的结果。比如探测率不正常，很可能是光源波长异常、底宽加大或探测器有效门宽降低引起的，因此需要对这些指标进行实时监控和测试，通过对测试数据的统计分析发现和验证各个关键器件之间及关键器件的各个技术指标之间的相关性，以发现系统缺陷、调试系统性能和提高系统效率。
另一方面，由于现阶段量子信号制备的困难性使量子信号制备成本远超过经典信号制备成本，这决定了QKD系统的测试成本远远大于经典通信系统的测试成本。
当前的QKD系统的测试忽视了上述的特殊性，其方法多为继续沿用的经典通信系统的分步测试方法，即逐次单个设备进行测试，分别测试完成后，组成量子密钥分发系统后还需要对各个器件进行统一的测试。由于QKD系统的特殊性，这种分步测试方法会造成如下后果：
一是由于忽视了系统中各个关键器件之间的相关性对系统运行结果的影响，使其测试过程缺乏系统性，测试结果缺乏系统分析，从而使获得的测试结论往往具有片面性。
二是大大增加了重复测试的次数，浪费了时间，大大增加了测试成本。
因此，对本领域技术人员而言，寻找一种合适的QKD系统中关键器件测试方法成为亟待解决的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种量子密钥分发系统中关键器件测试方法，包括以下步骤：
步骤一：确定需要测试的量子密钥分发系统中的关键器件及各关键器件的关键测试参数；
步骤二：在关键测试参数中选择主变参数，其余参数作为从变参数；
步骤三：通过人机控制界面设置各主变参数的值，测试从变参数；
步骤四：将测试数据写入数据库；
步骤五：分析数据库中测试数据，显示分析结果；
步骤六：对分析结果进行判断，如有必要返回步骤三继续测试；
步骤七：对数据库中的所有测试数据进行统计分析，得出测试结论。
所述步骤一中的需要测试的量子密钥分发系统中的关键器件至少包括如下的一种或几种：单光子探测器，诱骗态光源，光模块，密钥协商模块；其需要测试的关键测试参数至少包括如下的一种或几种：单光子探测器的有效门宽、暗计数、探测率，诱骗态光源的底宽、半高宽、波长，光模块的光损耗，及密钥协商模块的成码率、错误率和反馈效率。
所述步骤二中选择主变参数的方法为：如果一个关键器件的关键测试参数多于一个，则在具有相关性的参数中至少将一个测试参数作为主变参数；如果一个关键器件只有一个关键测试参数，则此关键器件不设定主变参数。
所述步骤三中测试从变参数的方法为：建立带有人机控制界面的测试平台，通过测试平台的人机控制界面设定主变参数的取值，从而控制关键器件的主变参数，在各个关键器件的主变参数确定的情况下，测试从变参数。
所述步骤四中的测试数据为每一次测试中对应的主变参数的取值和从变参数的测试值。
所述步骤五中分析测试数据的方法为：通过分析关键测试参数的相关性，特别是功能性关键测试参数与能代表量子密钥分发系统性能的关键测试参数之间的相关性，分析各关键测试参数在各个取值区间的统计特性。
进一步地，所述步骤六中对分析结果进行判断的方法为：根据步骤五中获得的关键测试参数的相关性和各关键测试参数在各个取值区间的统计特性，判断数据库中测试数据的完整性，参照测试目的，如果发现还有需要测试的主变参数取值组合，则返回步骤三继续测试。
优选地，根据测试目标和所述步骤七中得到的测试结论，如果需要进一步测试，则返回步骤二，更改主变参数，继续测试。
本发明的有益效果是：
1.通过人机控制界面设置主变参数，只测试从变参数，这降低了测试过程的复杂性；
2.基于对测试数据的分析结果，来控制关键测试参数，一定程度上消除了测试中的盲目性，提高了测试效率，降低了测试成本；
3.通过数据库中记录的测试数据，分析各关键器件之间的相关性和同一关键器件的各关键测试参数间的相关性，这增加了测试结论的可靠性和可信性。
附图说明
图1QKD系统人机交互控制测试平台结构图。
图2量子密钥分发系统中关键器件测试方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细的描述。
为实现本专利方案，在本专利实施例中建立如附图1所示的QKD系统人机交互控制测试平台。本测试平台建立于QKD网络中实现量子密钥分发的对应的QKD终端上，其主要组成包括QKD设备、密钥协商模块、经典网关、人机交互控制界面、测试数据库和数据分析模块。QKD设备、密钥协商模块和经典网关为QKD终端所固有的模块。人机交互控制界面用于在测试过程中通过人机交互控制QKD设备各关键器件的相关测试参数的取值；测试数据库记录测试过程中对应的测试参数的取值和测试值；数据分析模块对数据库中的测试数据进行数据分析和统计，为测试过程中相关测试参数的取值提供参考，及通过对测试数据的分析和统计获得测试结果。
附图2为本实施例量子密钥分发系统中关键器件测试方法流程图。结合附图2我们将本实施例量子密钥分发系统中关键器件测试方法的具体实现步骤详述如下：
1.确定需要测试的QKD系统中的关键器件及各关键器件的关键测试参数；
需要测试的QKD系统中的关键器件至少包括如下的一种或几种：单光子探测器，诱骗态光源，光模块，密钥协商模块；其需要测试的关键测试参数至少包括如下的一种或几种：单光子探测器的有效门宽、暗计数、探测率，诱骗态光源的底宽、半高宽、波长，光模块的光损耗，及密钥协商模块的成码率、错误率和反馈效率。
本实施例中，需要测试的关键器件为单光子探测器和密钥协商模块，关键测试参数为单光子探测器的有效门宽、暗计数和探测率，及密钥协商模块的成码率和错误率。
2.在关键测试参数中选择主变参数，其余参数作为从变参数；
本实施例中，将上述关键测试参数中单光子探测器的有效门宽作为主变参数，其余参数作为从变参数。
3.通过人机控制界面设置各主变参数的值，测试从变参数；
通过人机交互控制界面为QKD系统中的单光子探测器设定不同的有效门宽，运行系统，测试其余从变参数。
4.将测试数据写入数据库；
建立相应的数据库表，将主变参数的设定值及其对应的从变参数的测试值写入测试数据库。
5.分析数据库中测试数据，显示分析结果；
根据测试数据库中记录的测试数据，计算分析上述各个关键测试参数取值的相关性，特别是功能性关键测试参数与能代表QKD系统性能的关键测试参数之间的相关性，分析各关键测试参数在各个取值区间的统计特性。
本实施例中，着重分析单光子探测器的有效门宽、暗计数和探测率这三个功能性关键测试参数与能代表QKD系统性能的密钥协商模块的成码率之间的相关性。如果发现有效门宽参数的取值与成码率参数相关性较强，则根据测试数据分析两者之间的统计特性。
6.对分析结果进行判断，如有必要返回步骤三继续测试；
在对测试数据进行分析统计的过程中，如果发现所获得的关键测试参数(特别是主变参数)取值区间的测试数据不完整，参照测试目的，如果发现还有需要测试的主变参数取值组合，则返回步骤3继续测试。
7.对数据库中的所有测试数据进行统计分析，得出测试结论。
对数据库中的所有测试数据进行整体的分析统计，据测试目标，得出测试结论；如果需要进一步测试，则返回步骤2，更改主变参数，继续测试。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。
本领域技术人员应该明白，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种量子密钥分发系统中关键器件测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：确定需要测试的量子密钥分发系统中的关键器件及各关键器件的关键测试参数；
步骤二：在关键测试参数中选择主变参数，其余参数作为从变参数；
步骤三：通过人机控制界面设置各主变参数的值，测试从变参数；
步骤四：将测试数据写入数据库；
步骤五：分析数据库中测试数据，显示分析结果；
步骤六：对分析结果进行判断，如有必要返回步骤三继续测试；
步骤七：对数据库中的所有测试数据进行统计分析，得出测试结论。
2.如权利要求1所述的一种量子密钥分发系统中关键器件测试方法，其特征在于，所述步骤一中的需要测试的量子密钥分发系统中的关键器件至少包括如下的一种或几种：单光子探测器，诱骗态光源，光模块，密钥协商模块；其需要测试的关键测试参数至少包括如下的一种或几种：单光子探测器的有效门宽、暗计数、探测率，诱骗态光源的底宽、半高宽、波长，光模块的光损耗，及密钥协商模块的成码率、错误率和反馈效率。
3.如权利要求1所述的一种量子密钥分发系统中关键器件测试方法，其特征在于，所述步骤二中选择主变参数的方法为：如果一个关键器件的关键测试参数多于一个，则在具有相关性的参数中至少将一个测试参数作为主变参数；如果一个关键器件只有一个关键测试参数，则此关键器件不设定主变参数。
4.如权利要求1所述的一种量子密钥分发系统中关键器件测试方法，其特征在于，所述步骤三中测试从变参数的方法为：建立带有人机控制界面的测试平台，通过测试平台的人机控制界面设定主变参数的取值，从而控制关键器件的主变参数，在各个关键器件的主变参数确定的情况下，测试从变参数。
5.如权利要求1所述的一种量子密钥分发系统中关键器件测试方法，其特征在于，所述步骤四中的测试数据为每一次测试中对应的主变参数的取值和从变参数的测试值。
6.如权利要求1所述的一种量子密钥分发系统中关键器件测试方法，其特征在于，所述步骤五中分析测试数据的方法为：通过分析关键测试参数的相关性，特别是功能性关键测试参数与能代表量子密钥分发系统性能的关键测试参数之间的相关性，分析各关键测试参数在各个取值区间的统计特性。
7.如权利要求6所述的一种量子密钥分发系统中关键器件测试方法，其特征在于，所述步骤六中对分析结果进行判断的方法为：根据步骤五中获得的关键测试参数的相关性和各关键测试参数在各个取值区间的统计特性，判断数据库中测试数据的完整性，参照测试目的，如果发现还有需要测试的主变参数取值组合，则返回步骤三继续测试。
8.如权利要求1所述的一种量子密钥分发系统中关键器件测试方法，其特征在于：根据测试目标和所述步骤七中得到的测试结论，如果需要进一步测试，则返回步骤二，更改主变参数，继续测试。
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