[發明專利]基于衛星的廣域量子通信網絡系統及通信方法

在審

• 申請號: 201610364910.7
• 申請日: 2016-05-27
• 公開（公告）號: CN107437995A
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 權東曉;王賀;朱暢華;陳南;易運暉;何先燈;趙楠;裴昌幸
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B7/185
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心61205
• 代理人: 韋全生,王品華

1.一種基于衛星的廣域量子通信網絡系統，其特征在于，包括多個量子可信中繼、多個地面站(3)、多個量子終端、多條光纖量子密鑰分發鏈路(4)和多條自由空間量子密鑰分發鏈(2)，其中：

量子可信中繼包括配置有QKD終端的量子路由器(13)、衛星(11)和量子網關(12)，用于擴展量子密鑰分發的有效距離以及加密和解密信息，其中量子路由器(13)還用于路由管理，量子網關(12)還用于中繼信令消息；

地面站(3)包括QKD終端和光學設備，用于實現星地量子密鑰分發；

量子終端包括固定電話(54)、計算機(51)、移動用戶(52)和車載(53)；

光纖量子密鑰分發鏈路(4)和自由空間量子密鑰分發鏈路(2)，均包括至少一條經典信道和一條量子信道，經典信道用于傳輸量子密鑰分發的輔助信息和加密后的數據，量子信道用于傳輸密鑰協商產生的量子態；其中光纖量子密鑰分發鏈路(4)用于實現量子網關(12)與量子路由器(13)、地面站(3)、固定電話(54)、計算機(51)及量子路由器(13)之間的聯接；自由空間量子密鑰分發鏈路(2)用于實現衛星(11)與地面站(3)及衛星(11)之間的聯接。

2.根據權利要求1所述的基于衛星的廣域量子通信網絡系統，其特征在于，所述的量子密鑰分發，用于協商通信雙方加密信息所需要的密鑰。

3.根據權利要求1所述的基于衛星的廣域量子通信網絡系統，其特征在于，所述的衛星(11)，采用低軌道衛星。

4.根據權利要求1所述的基于衛星的廣域量子通信網絡系統，其特征在于，所述的地面站(3)，采用光學地面站。

5.一種基于衛星的廣域量子通信網絡系統的通信方法，包括如下步驟：

(1)各個量子可信中繼之間以及量子可信中繼與地面站之間通過量子密鑰分發鏈路協商出量子密鑰，并且將該量子密鑰存儲在鏈路兩端的地面站或量子可信中繼；

(2)源量子終端與目的量子終端建立連接，并向與其相聯的量子網關發送信息；

(3)量子網關判斷接收到的信息的IP數據報的數據域，是否為數據包，若是，執行步驟(4)，否則，將接收到的信息通過經典信道發送給目的量子終端；

(4)量子網關利用步驟(1)中存儲的量子密鑰，對其接收到的信息進行逐跳加密并傳送，按如下步驟實現：

(4a)量子網關判斷其存儲的量子密鑰量是否大于其接收到的信息的比特數，若是，利用其存儲的量子密鑰對接收到的信息進行加密，并將加密后的信息通過經典信道傳輸給其相鄰節點，并執行步驟(4b)，否則，通知源量子終端與目的量子終端中斷通信，并執行步驟(5)；

(4b)當前節點利用其存儲的量子密鑰對接收到的加密信息進行解密，并判斷其相鄰節點是否為目的量子終端，若是，執行步驟(4d)，否則，執行步驟(4c)；

(4c)當前節點判斷其存儲的量子密鑰量是否大于解密后信息的比特數，若是，利用其存儲的量子密鑰對解密后的信息進行加密，并將加密后的信息通過經典信道傳輸給其相鄰節點，執行步驟(4b)，否則，通知通信雙方中斷通信，執行步驟(5)；

(4d)量子網關將解密后的信息通過經典信道發送給目的量子終端；

(5)源量子終端與目的量子終端通信結束，并釋放它們之間的連接。

6.根據權利要求5所述的基于衛星的廣域量子通信網絡系統的通信法，其特征在于，步驟(1)中所述的協商，采用BB84協議實現。

7.根據權利要求5所述的基于衛星的廣域量子通信網絡系統的通信法，其特征在于，步驟(4a)中所述的加密和步驟(4b)中所述的解密，是通過異或量子密鑰和信息實現的。