一种基于量子真空态涨落技术的加密卡设备

摘要

本发明提供了一种基于量子真空态涨落技术的加密卡设备，所述加密卡设备包括：光集成芯片，用于输出两路相同的光探测信号；激光驱动单元，用于驱动所述光集成芯片运行，并监控所述光集成芯片的光功率；平衡零差放大器，接收所述光集成芯片发出的光探测信号并作差后放大输出；模数转换单元，用于根据所述平衡零差放大器的输出信号生成量子真随机数信号；数字处理单元，根据所述量子真随机数信号产生秘钥，并利用所述秘钥对接收到的明文数据进行加密后输出。本发明的加密卡设备包括基于量子真空态涨落技术的光集成芯片，可以产生基于量子技术的真随机数，速率高、体积小，且可以综合多种加密算法，数据加密程度高，可靠度高。

说明书

技术领域

本发明涉及量子通讯相关技术领域，尤其涉及一种基于量子真空态涨落技术的加密卡设备。

背景技术

随着社会信息化的高速发展，人们对信息的便利性和安全性都有了更高的要求。加密技术则是信息安全的重要组成部分，被公认为能够产生真随机数的量子技术得到了广泛的关注，并逐步进入实用阶段。真空态涨落技术的基本原理是，在量子光学中，真空态在相空间中的振幅和相位的正交分量不能同时被精确地探测。本发明基于这一原理提出了一种基于量子真空态涨落技术光集成芯片的加密卡设备。

发明内容

本发明提供了一种基于量子真空态涨落技术的加密卡设备，所述加密卡设备包括：

光集成芯片，用于输出两路相同的光探测信号；

激光驱动单元，用于驱动所述光集成芯片运行，并监控所述光集成芯片的光功率；

平衡零差放大器，接收所述光集成芯片发出的光探测信号并作差后放大输出；

模数转换单元，用于根据所述平衡零差放大器的输出信号生成量子真随机数信号；

数字处理单元，根据所述量子真随机数信号产生秘钥，并利用所述秘钥对接收到的明文数据进行加密后输出。

其中，所述监控所述光集成芯片的光功率，包括：

若监测到所述光集成芯片的光功率减小，则加大输出至所述光集成芯片的驱动电流；

若监测到所述光集成芯片的光功率增大，则减小输出至所述光集成芯片的驱动电流。

其中，所述根据所述量子真随机数信号产生秘钥包括：

根据所述量子真随机数信号，所述数字处理单元通过至少两种加密算法产生秘钥。

其中，所述数字处理单元包括动态加载模块，用于加载至少一种附加加密算法。

其中，所述数字处理单元采用系统级芯片。

其中，所述数字处理单元包括至少一个PCIe接口、至少一个以太网接口、至少一个USB接口中的至少一个。

其中，所述加密卡设备还包括随机存储器和/或非易失存储器。

其中，所述加密卡设备为PCIe卡结构。

其中，所述光集成芯片为基于量子真空态涨落技术的光集成芯片。

本发明的加密卡设备包括基于量子真空态涨落技术的光集成芯片，可以产生基于量子技术的真随机数，速率高、体积小，且可以综合多种加密算法，数据加密程度高，可靠度高。

参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本发明的其他特性特征和优点将变得清晰。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。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，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示例性地示出了本发明的加密卡设备的一种结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

图1示出了本发明的加密卡设备的一种具体实施例的结构示意图，参照图1所示，该加密卡设备包括：

光集成芯片1，包括两个激光器和两路光探测器，用于输出两路相同的光探测信号；

激光驱动单元2，带有功率补偿功能，用于驱动光集成芯片1运行，并监控光集成芯片1的光功率，即监控光集成芯片1的激光器部分的光功率；

平衡零差放大器3，接收光集成芯片1发出的光探测信号并作差后放大输出；

模数转换单元4，用于根据平衡零差放大器3的输出信号生产量子真随机数信号；具体地，模数转换单元4将平衡零差放大器3的输出信号转换成数字信号，即为量子真随机数信号；

数字处理单元5，根据量子真随机数信号产生秘钥，并利用秘钥对接收到的明文数据进行加密后输出。

在本方案中，激光驱动单元2采用温度补偿技术，以保证该加密卡设备可以在-40℃～+70℃的温度范围内稳定工作，并且保证在此温度范围内的随机数的随机性。

具体地，激光驱动单元2监控光集成芯片1的光功率，具体包括：若监测到光集成芯片1的激光器发出的光功率随着温度升高而减小，则加大输出至光集成芯片1的驱动电流；若监测到光集成芯片1的激光器发出的光功率随着温度的降低增大，则减小输出至光集成芯片1的驱动电流，从而实现对激光器的温度补偿，保证光集成芯片1的运行稳定性和使用寿命。

其中，数字处理单元5根据量子真随机数信号产生秘钥，具体包括：根据量子真随机数信号，数字处理单元5通过至少两种加密算法产生秘钥。数字处理单元5可以根据配置的不同加密算法对通信接口接收的明文数据进行加密，其加密算法可以是RSA、SM2、SM3、SM4、ECC、SHA等多种加密算法中的一种或多种。

在一个可选的的实施例中，数字处理单元5包括动态加载模块，用于加载至少一种附加加密算法，以与上述加密算法进行组合应用。例如，数字处理单元5同时支持RSA和SM2量子加密算法，当需要其他附加加密算法(例如SM3和SM4)进行组合应用时，通过动态加载模块将SM3和SM4两种附加加密算法加载到数字处理单元5中，与其原有加密算法RSA和SM2进行选择性的组合应用，对数据进行加密。这种结构的数字处理单元5，与同时支持所有加密算法的数字处理器件相比，可以大大提高数字处理单元5的资源利用率，降低功耗。

在一个优选的实施例中，数字处理单元5采用系统级芯片，例如SOC(System-on-a-Chip)形式的FPGA，可以对几种加密算法进行组合应用。

在本发明的加密卡设备中，数字处理单元5包括至少一个PCIe接口51、至少一个以太网接口52、至少一个USB接口53中的至少一个。其中，PCIe接口51可以是3.0标准或2.0标准或1.1标准；以太网接口52可以是万兆/千兆/百兆速率，USB接口可以是3.0标准或2.0标准。

另外，在本发明中，该加密卡设备还包括随机存储器6和/或非易失存储器7。数字处理单元5将接收到的明文数据、生成的秘钥、加密后的数据等信息存储至随机存储器6或非易失存储器7中。

必不可少的，该加密卡设备还包括供电单元，用以为加密卡设备的正常运行提供稳定的电源。

在一个可选的实施例中，该加密卡设备可以设置为PCIe卡结构，便于安装到电脑主机或者服务器中进行应用。

最后需要指出的是，本方案中所采用的光集成芯片1为基于量子真空态涨落技术的光集成芯片，可以产生基于量子技术的真随机数，并且速率可达2.5Gbs，该芯片的体积比分立光器件设计的产品大大减小，利于缩小加密卡设备的体积。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。