[發明專利]一種多用戶量子密鑰分發網絡裝置

在審

• 申請號: 201410293306.0
• 申請日: 2014-06-26
• 公開（公告）號: CN104113407A
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發明（設計）人: 馬海強;韋克金;楊建會;李瑞雪;朱武
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及光纖傳輸保密通信技術領域，特別涉及多用戶量子密鑰分發中的實現方案。?

背景技術

經典密碼學是基于大數質因子分解等數學難題。隨著計算機計算速率的進步，尤其是量子計算機的出現，經典密碼體制不再牢不可破。而量子密碼通信是建立在量子力學的基礎上，是目前科學界公認的未來可實現絕對安全通信方式的唯一選擇。?

量子密碼通信的研究主要集中于量子密鑰分發。自從1989年,Bennett等人基于BB84協議首次成功地在自由空間完成了演示性實驗，從而掀起了量子密鑰分發實驗研究的高潮。經過大量科研人員20余年的不懈努力，量子密鑰分發在理論和實驗方面都取得了突飛猛進的發展，利用光量子態已經能夠實現百公里量級的點對點量子密鑰分發。隨著點對點量子通信實驗的成熟，為了拓展應用，迫切地需要對點對點的通信方式進行組網，以滿足多用戶通信的需要。?

目前，盡管量子密鑰分配(quantum?key?distribution，QKD)網絡的發展還處于起步階段，已經有多個QKD網絡的方案提出，主要可以分為三類：?

1.基于光學節點的QKD網絡?

該方案主要是采用光學器件如光分束器、光開關、波分復用器等方法實現管理員Alice與多個用戶之間的密鑰分配。例如由美國國防部高級研究項目管理局資助建立的DARPA量子網絡就是基于光開關，在程序的控制下，光開關可以實現各個節點用戶之間的鏈接，從而共享密鑰。?

2.基于信任節點的QKD網絡?

該方案是用戶通過多條量子密鑰分配鏈路與信任節點按照一定的拓撲結構鏈接而成，網絡中的每個節點都可以完成密鑰的存取，分發，篩選，安全評估，誤碼協調，保密增強，密碼管理等任務，每兩個節點可以通過以上的操作協商出一套共有的安全密鑰，并用這套密鑰對信息進行加密解密的操作。當網絡中的兩個用戶需要通信時，只需通過身份認證技術在經典信道上建立鏈接，然后用最近節點之間產生的密鑰進行加密、解密，達到兩用戶通信的目的。歐洲Secoqc?Communication?Based?on?Quantum?Cryptography(SECOQC)QKD網絡采用的就是這種基于信任節點的量子密鑰分發網絡。?

3.基于量子節點QKD網絡?

該方案主要基于量子中繼技術。量子中繼器將糾纏交換、糾纏純化和量子存儲器技術相結合，有效地克服了信道衰減的問題，理論上可實現任意長度的量子密鑰分發。而且，基于它建立的量子通信網絡才是真正意義的全量子通信網絡。?

雖然以上三種方案為當今量子通信網絡的主流方案，但是通過深入比較分析，可以發現這些方案都存在以下問題：?

基于光學節點的量子密鑰分發網絡可以實現多用戶之間的量子密鑰分發，安全性好且易于實現，但這種網絡模型不易于擴展，而且密鑰分發的安全距離受到器件插入損耗的影響，因此只適合在局域網絡中應用；基于信任節點的量子密鑰分發網絡可以同時保證多用戶和長距離傳輸這兩點要求，理論上甚至可以實現跨越全球的密鑰分發網絡。但隨著網絡的增大，節點的增多，這種網絡的安全性會大幅度下降；基于量子中繼器的網絡可以實現長距離、多用戶的量子密鑰分發。但到目前為止，量子中繼器離實用化還有一段距離。?

同時，在這些網絡中兩個用戶之間或兩個節點之間的通信還是基于已經比較成熟的點對點量子密鑰分配系統，而網絡方案只是提供了一種組網方式。隨著點對點通信系統的發展，雖然量子密鑰分發在理論上是絕對安全的，但是在實際系統中，由于使用的器件與理想器件存在一些誤差，這將導致實際點對點量子密碼通信系統中存在著信息泄露危險的漏洞，從2007年至今，國際上多個小組，使用實際量子通信系統中的漏洞，成功的竊取了商用點對點量子通信系統(主要是IDQ公司的clavis2系統)的密鑰而不被發現，這些對點對點量子通信研究的攻擊方式，也會影響到現有量子通信網絡的安全性。?

發明內容