[發明專利]一種量子密鑰分配方法和量子密鑰分配網絡系統

有效

• 申請號: 201810475129.6
• 申請日: 2018-05-17
• 公開（公告）號: CN108449146B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 楊理;宋雅琪
• 申請（專利權）人: 中國科學院信息工程研究所
• 主分類號: H04B10/70
• 分類號: H04B10/70;H04L9/08;H04L29/06
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理有限公司 11200
• 代理人: 邱曉鋒

1.一種量子密鑰分配方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)建立與各個用戶端進行量子通信的中心端；所述中心端為一個可信中心端；

2)所述中心端和各個用戶端采用基于Blom方案的QKD網絡實現量子密鑰分配；所述采用基于Blom方案的QKD網絡實現量子密鑰分配，包括以下步驟：

2.1)中心端選擇一個素數q，q>N，其中N為用戶端個數；建立有限域GF(q)上的k×N矩陣G，G的任意k列都是線性無關的，且G是公開的，其中k是Blom方案中的安全參數；中心端在有限域GF(q)上生成一個k×k矩陣D，然后計算矩陣P≡(DG)^⊥；

2.2)從U₁到U_N標記N個用戶端，每個用戶端存儲相應的生成元；

2.3)中心端和每個用戶端執行QKD協議，將中心端和用戶端U_u通過QKD生成的QKD密鑰記為QK^(u)；

2.4)中心端用QKD密鑰QK^(u)通過一次一密的加密算法加密矩陣P的第u行，得到密文c^(u)，并發送密文c^(u)給用戶端U_u；

2.5)用戶端U_u用相應的QKD密鑰解密密文得到矩陣P的第u行；

2.6)如果用戶端U_u和用戶端U_v建立會話密鑰，他們先交換矩陣G相應的列生成元，然后用戶端U_u將矩陣P的第u行與矩陣G的第v列相乘得到會話密鑰K_uv，用戶端U_v將矩陣P的第v行與矩陣G的第u列相乘得到會話密鑰K_vu。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在應用于城域網時，在任意城市中，接入站作為中心，采用基于Blom方案的QKD網絡為該城市內用戶分發密鑰，該城市內用戶兩兩之間有安全的密鑰；對于城市間的通信，各城市的接入站均通過量子骨干網相連接，某個城市的接入站利用基于Blom方案的QKD網絡為其他城市的接入站分發密鑰，使得兩兩接入站之間均有共享密鑰，由于接入站之間有共享密鑰，每個接入站與該城用戶之間有共享密鑰，所以跨城用戶之間利用可信中繼密鑰分配方式建立共享密鑰。

3.一種量子密鑰分配方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)建立與各個用戶端進行量子通信的中心端；所述中心端為至少兩個；每一對中心端之間建立量子通道，中心端和中心端之間執行QKD協議，以抵抗DoS攻擊；當中心端C_i和用戶端U_u的點對點QKD系統被攻擊，其他中心端充當中繼節點連接用戶端U_u；

2)所述中心端和各個用戶端采用基于Blom方案的QKD網絡實現量子密鑰分配；所述采用基于Blom方案的QKD網絡實現量子密鑰分配，包括以下步驟：

2.1)從U₁到U_N標記N個用戶端，從C₁到C_t標記t個中心端，選擇一個滿足q>N的素數q，其中N為用戶端個數；建立有限域GF(q)上的k×N的矩陣G，每個用戶端存儲矩陣G的列生成元；

2.2)中心端C_i隨機生成對稱矩陣D⁽ⁱ⁾且對于i≠j滿足D⁽ⁱ⁾≠D^(j)；

2.3)中心端C_i計算P⁽ⁱ⁾＝[D⁽ⁱ⁾G]^T并用QKD密鑰加密發送密文給用戶端U_u，其中P⁽ⁱ⁾的第u行用P_u⁽ⁱ⁾表示，然后用戶端U_u解密得到

2.4)當一對用戶端U_u和U_v想要建立會話密鑰時，先交換矩陣G相應的列生成元，然后用戶端U_u將與矩陣G的第v列相乘得到會話密鑰用戶端U_v將P_v⁽ⁱ⁾與矩陣G的第u列相乘得到會話密鑰對于i＝1,2,...,t，會話密鑰滿足