[實用新型]量子保密通信網絡系統的中繼裝置以及包括該裝置的通信網絡系統

有效

• 申請號: 201821857150.4
• 申請日: 2018-11-12
• 公開（公告）號: CN208986952U
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 童新海;閻亞龍;徐莉偉;周旭華;謝四江;馮雁;馮剛;戚巍
• 申請（專利權）人: 中共中央辦公廳電子科技學院;國科量子通信網絡有限公司
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B7/155
• 代理公司: 北京漢鼎理利專利代理事務所(特殊普通合伙) 11618
• 代理人: 潘滿根;李振

本實用新型提供一種量子保密通信網絡系統的中繼裝置及包含該裝置的通信網絡系統。本實用新型的中繼裝置是集成化的，所述中繼裝置用于與相鄰節點實現量子密鑰的生成，實現逐跳方式的數據中繼傳遞；各個節點間量子密鑰分發的經典信道采用無IP方式進行通信。本實用新型公布的中繼裝置通過集成化設計，保證量子密鑰的生成和使用均在裝置內部，減少各類數據泄露風險。

技術領域

本實用新型屬于量子通信技術領域，具體涉及量子保密通信網絡系統的中繼裝置以及包括該裝置的量子保密通信網絡系統。

背景技術

1.量子密鑰分發

量子密鑰分發利用了量子的不可克隆原理和量子不可分割的基本特性，采用單光子進行隨機數的傳遞。按照BB84協議，每一個光子隨機選擇調制的基矢，接收端也采用隨機的基矢進行監測。當發送與接收端選擇的基矢一致時，接受到的信號被認為是有效的而被記錄，如果選擇的基矢不一致，則數據被丟棄。這樣就可以保證發送與接收方獲得了一致的隨機數序列(即量子密鑰)。量子密鑰分發系統需要量子信道和經典信道兩個獨立信道，地面通信網以光纖承載。

2.量子保密通信

量子通信廣義的講就是將量子態從一個地方傳輸到另一個地方，包含量子隱形傳態、量子糾纏交換及量子密鑰分發。目前商用的量子保密通信主要指基于量子密鑰分發(Quantum Key Distribution，QKD)的保密通信。

已經發展成熟的點對點量子密鑰分發系統無法滿足實際應用，并且用戶需求正在逐步擴大。為了滿足多用戶安全通信的需求，與之配套的量子密鑰分發網絡正逐漸朝著多用戶、長距離和網絡化的方向發展。從光纖量子密鑰分發的發展趨勢來看，基于光纖的城際量子通信技術正在走向實用化和產業化發展。

3.傳輸中繼

由于衰減效應，點對點光纖量子密鑰分發系統難以實現遠距離密鑰分發。為了組建量子保密通信的骨干網及城域網，需要設立多個中繼節點來實現遠距離的量子保密通信。相鄰節點間使用QKD產生的量子密鑰對傳輸內容進行保護，中繼節點通過解密、加密等處理實現前后節點之間的中繼轉發。

實用新型內容

現有中繼節點方案中存在以下問題：

1.量子密鑰明態輸出問題

現行方案中，中繼節點內部組成系統通過IP網絡相連，QKD-A(即QKD發射端)和QKD-B(即QKD接收端)分別與對端交互產生量子密鑰后，均以明文方式輸出給中繼數據處理系統。在此過程中，存在量子密鑰泄露風險。

2.節點間強耦合問題

現行方案中，中繼數據處理系統往往將兩端的量子密鑰逐位異或后進行存儲，以提高安全性。但當某個中繼節點發生故障，其中的量子密鑰全部丟失，由此導致的后果是整條線路上所有中繼節點及相連的交換節點或接入節點中已產生的量子密鑰均需被丟棄，嚴重影響線路通信性能。

3.中繼節點內兩端產生量子密鑰的速率不匹配問題

由于量子密鑰分發系統成碼率受多種因素影響，因此中繼節點內部的QKD-A和QKD-B分別產生密鑰的速率存在差異。在現行方案中，速率高的一端必須降速適配速率低的一端，影響整體性能。

4.量子密鑰分發層易遭受針對IP網絡的攻擊

節點間量子密鑰分發的經典信道采用IP技術進行協商數據的傳輸，導致量子密鑰分發層也易遭受常見網絡攻擊方式攻擊而停止運行。

5.經典信道數據傳輸安全問題

節點間傳輸的數據，如量子密鑰分發協議的經典信道部分數據，缺少密碼技術的保護。