[發明專利]基于中繼站的復雜拓撲網絡密鑰分配系統的實現方法

有效

• 申請號: 201810002802.4
• 申請日: 2018-01-02
• 公開（公告）號: CN108259168B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 郭迎;趙微;阮新朝;李嘉偉;謝才浪
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08
• 代理公司: 西安知誠思邁知識產權代理事務所(普通合伙) 61237
• 代理人: 麥春明

本發明公開了基于中繼站的復雜拓撲網絡密鑰分配系統的實現方法，處于拓撲網絡的多個發送方各自產生雙模糾纏量子態，每個發送方保留一個雙模糾纏量子態中的一個模，并將另外一個模經過量子信道送至由多個平衡分束器和多個零差探測器構成的中繼站。中繼站將接收到的模進行測量并公開其測量結果，而后多個發送方利用公開測量的結果對各自保留的模進行操作，從而獲得一致的安全的密鑰。本發明推進了量子密碼的實用化，同時能使量子通信適用于復雜的拓撲網絡環境中。

技術領域

本發明屬于量子密鑰分發技術領域，涉及一種基于中繼站的復雜拓撲網絡密鑰分配系統的實現方法。

背景技術

隨著分布式大規模計算技術的發展，以及在實際情況下密鑰長度是有限的，經典加密算法存在被破解的可能。而量子密碼的出現，為保密通信帶來的新的發展空間。量子密碼為合法通信雙方提供基于物理原理的加密方式，在近年備受關注。基于量子力學的“海森堡測不準原理”、“不可克隆和不可復制原理”設計的保密通信技術具有對信道竊聽行為的可檢測性和協議的可證明理論安全性兩個特征。

利用物理學中本征態本身所具有的連續譜和離散譜兩種不同的特征，可以實現連續變量和離散變量兩種量子密鑰分發。而通常所說的離散變量量子密鑰分發具體是指利用表示在有限維希爾伯特空間的離散變量進行密鑰分發，最常見的即光的偏振；而連續變量量子密鑰分發是指理論上能夠利用表示在無限維希爾伯特空間的連續變量進行密鑰分發，這樣的連續量子變量每個值都對應不同的正交變量，最常見的即光場的正交相位和正交振幅。因此從理論上來說，連續變量量子密鑰分發具有一些自有的特征，比如，連續變量量子密鑰分發單個脈沖可以編碼多比特信息，從而有可能產生較大的安全碼率；連續變量可以產生更高的探測效率，而且有現成的激光源，同時有可以直接集成到當前的電信系統的潛力等。

相對于離散變量量子密鑰分發，連續變量量子密鑰分發還存在幾大問題。比如，連續變量的傳輸距離太短的問題。主要的原因是通信者之間傳輸的初始密鑰數據一般為高斯隨機值，這種數據在連續類型的經典后處理中比離散類型的要復雜的多。針對這個問題，諸多學者已經提出了多種解決方案，比如在低信噪比的條件下保證比較高的和解率，運用無噪線性放大器或者是光子減法操作等。

此外，連續變量量子密鑰分發還存在一大問題，以往的連續變量量子密鑰分發方案都是點對點的通信方案。在這種通信模型中只存在兩個通信者，發送方和接收方。但是在現有的復雜的拓撲網絡環境下，信息傳輸中往往會出現多個通信者。此時的通信模型，就不能再簡化成一般的點對點的通信方案了。即，點對點的量子密鑰分配方案不適用于復雜的網絡環境中。因此，如何建立適用于復雜網絡環境下的多方量子密鑰分發方案，是目前的一個研究熱點。

發明內容

為了達到上述目的，本發明提供一種基于中繼站的復雜拓撲網絡密鑰分配系統裝置及實現方法，解決了現有技術中點對點的量子密鑰分配方案不適用于復雜的網絡環境的問題。

本發明所采用的技術方案是，基于中繼站的復雜拓撲網絡密鑰分配系統的實現方法，具體按照以下步驟進行：

步驟A、連續變量初始密鑰分發步驟：處于拓撲網絡的多個發送方各自產生雙模糾纏量子態，每個發送方保留一個雙模壓縮態中的一個模，并將另外一個模經過量子信道送至由多個平衡分束器構成的中繼站；

步驟B、連續變量密鑰測量步驟：中繼站將接收到的模進行測量并公開其測量結果，并將測量結果發送給多個發送方；

步驟C、多個發送方利用公開測量的結果對各自保留的模進行操作，從而獲得一致的安全的密鑰。