[發(fā)明專利]一種量子密鑰分配方法和量子密鑰分配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810475129.6
• 申請(qǐng)日: 2018-05-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108449146B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊理;宋雅琪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院信息工程研究所
• 主分類號(hào): H04B10/70
• 分類號(hào): H04B10/70;H04L9/08;H04L29/06
• 代理公司: 北京君尚知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11200
• 代理人: 邱曉鋒

本發(fā)明涉及一種量子密鑰分配方法和量子密鑰分配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。該方法首先建立與各個(gè)用戶端進(jìn)行量子通信的中心端，然后所述中心端和各個(gè)用戶端采用基于Blom方案和QKD的密鑰分配方案。所述中心端為一個(gè)或多個(gè)；每一對(duì)中心端之間可以建立量子通道，中心端和中心端之間執(zhí)行QKD協(xié)議，以抵抗DoS攻擊；進(jìn)一步還可以采用區(qū)組設(shè)計(jì)形成量子密鑰分配網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)密鑰分配網(wǎng)絡(luò)受到量子拒絕服務(wù)攻擊時(shí)，本發(fā)明針對(duì)不同種類由DoS攻擊造成的破壞提出了相應(yīng)的密鑰分配方案。本發(fā)明能夠降低量子密鑰分配的成本，提高量子密鑰分配的安全性和可擴(kuò)展性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于量子通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種量子密鑰分配方法和量子密鑰分配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

迄今為止，量子密鑰分配(Quantum Key Distribution，QKD)網(wǎng)絡(luò)的研究和實(shí)現(xiàn)主要是基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)QKD系統(tǒng)。然而，多用戶的QKD網(wǎng)絡(luò)普遍存在兩個(gè)問(wèn)題：第一，每個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)QKD系統(tǒng)都需要發(fā)射裝置、接收裝置和量子信道，而N用戶的QKD網(wǎng)絡(luò)通常需要N(N-1)/2個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)QKD系統(tǒng)，這需要消耗大量的資源。第二，盡管對(duì)于很多實(shí)際QKD系統(tǒng)的攻擊都可以檢測(cè)和防范，但是有一種攻擊方式是很難對(duì)抗的——拒絕服務(wù)(DOS)攻擊，敵手可以直接切斷量子信道或者引發(fā)超過(guò)閾值的量子比特錯(cuò)誤從而使QKD協(xié)議無(wú)法進(jìn)行。

如何克服以上兩個(gè)難點(diǎn)，構(gòu)建成本低、可擴(kuò)展性好、抗DOS攻擊的量子通信網(wǎng)絡(luò)是研究重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種量子密鑰分配方法和量子密鑰分配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠降低量子密鑰分配的成本，提高量子密鑰分配的安全性和可擴(kuò)展性。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種量子密鑰分配方法，包括以下步驟：

1)建立與各個(gè)用戶端進(jìn)行量子通信的中心端；

2)所述中心端和各個(gè)用戶端采用基于Blom方案的QKD網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)量子密鑰分配。

進(jìn)一步地，所述中心端為一個(gè)可信中心端，所述采用基于Blom方案的QKD網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)量子密鑰分配，包括以下步驟：

1)中心端選擇一個(gè)素?cái)?shù)q，q>N，其中N為用戶端個(gè)數(shù)；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(wú)關(guān)的，且G是公開(kāi)的，其中k是Blom方案中的安全參數(shù)；中心端在有限域GF(q)上生成一個(gè)k×k矩陣D，然后計(jì)算矩陣P≡(DG)^⊥；

2)從U₁到U_N標(biāo)記N個(gè)用戶端，每個(gè)用戶端存儲(chǔ)相應(yīng)的生成元；

3)中心端和每個(gè)用戶端執(zhí)行QKD協(xié)議，將中心端和用戶端U_u通過(guò)QKD生成的QKD密鑰記為QK^(u)；

4)中心端用QKD密鑰QK^(u)通過(guò)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(fā)送密文c^(u)給用戶端U_u；

5)用戶端U_u用相應(yīng)的QKD密鑰解密密文得到矩陣P的第u行；

6)如果用戶端U_u和用戶端U_v建立會(huì)話密鑰，他們先交換矩陣G相應(yīng)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列相乘即可得到會(huì)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列相乘即可得到會(huì)話密鑰K_vu。

進(jìn)一步地，所述中心端為至少兩個(gè)，所述采用基于Blom方案的QKD網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)量子密鑰分配，包括以下步驟：