[發(fā)明專利]基于片上系統(tǒng)的量子密鑰分發(fā)控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010310305.8
• 申請日: 2020-04-20
• 公開（公告）號: CN113541928B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程磊;伍彥文;邵光龍;許可可;胡春巖;彭文溢;楊燦美
• 申請（專利權(quán)）人: 科大國盾量子技術(shù)股份有限公司
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08
• 代理公司: 北京云嘉湃富知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11678
• 代理人: 程凌軍

本發(fā)明涉及基于SOC的量子密鑰分發(fā)控制系統(tǒng)，其包括：用于為量子密鑰分發(fā)控制系統(tǒng)與外部進(jìn)行數(shù)據(jù)交互提供硬件接口的接入層；用于管理控制系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)中的所有流程以及控制系統(tǒng)與上層應(yīng)用之間數(shù)據(jù)交互的管理層；以及，用于實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)中硬件模塊的驅(qū)動程序的中間層。在本發(fā)明中，通過將量子密鑰分發(fā)控制與數(shù)據(jù)處理及硬件控制結(jié)合到一起，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度，減少了量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中各模塊之間的通信消耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及量子通信領(lǐng)域，具體涉及基于片上系統(tǒng)(SOC)的量子密鑰分發(fā)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在當(dāng)前的量子密鑰分發(fā)(QKD)控制方案中，采用傳統(tǒng)的光電技術(shù)完成基于BB84協(xié)議的光信號發(fā)送和探測、收發(fā)雙方數(shù)據(jù)交互以及數(shù)據(jù)處理等來提煉安全的量子密鑰，其中，控制軟件運(yùn)行于獨(dú)立芯片上，通過芯片上的高、低速通信接口連接量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)上的其他硬件模塊。

量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)由發(fā)送端(Alice)和接收端(Bob)組成，兩端各自有自己的控制系統(tǒng)，采用光纖連接在兩端之間形成光量子信道，并通過經(jīng)典信道(如以太網(wǎng))來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)在信號形式上既涉及光信號的調(diào)理，也涉及電信號的調(diào)理；在功能上又分為信號發(fā)送、信號探測和數(shù)據(jù)處理及信息交互等。因此，在現(xiàn)有的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中，按照功能區(qū)分形成了以光源子系統(tǒng)、接收子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與控制等模塊化子系統(tǒng)構(gòu)成的狀態(tài)，如圖1所示。其中，控制模塊都獨(dú)立運(yùn)行于一個(gè)ARM芯片上，在發(fā)送端與光源子系統(tǒng)、發(fā)送端數(shù)據(jù)處理模塊組成一套光發(fā)送設(shè)備，在接收端與接收子系統(tǒng)、接收端數(shù)據(jù)處理模塊組成一套光探測設(shè)備。在這種構(gòu)架下，由于控制模塊與其他模塊相互獨(dú)立，所以各模塊之間需要額外的通信消耗，在對外通信時(shí)，為保證通信安全需要增加安全通信通道來實(shí)現(xiàn)內(nèi)外數(shù)據(jù)的安全交互；另外，為保證量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)兩端的工作流程同步，一般情況下所有控制功能都集中于發(fā)送端，控制流程復(fù)雜，且需要經(jīng)過多個(gè)模塊轉(zhuǎn)發(fā)，控制復(fù)雜度較高。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本申請首次提出一種基于片上系統(tǒng)(SOC)的量子密鑰分發(fā)控制系統(tǒng)，其中將量子密鑰分發(fā)控制與數(shù)據(jù)處理及硬件控制結(jié)合到一起，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度，減少了量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中各模塊之間的通信消耗。

本發(fā)明的基于片上系統(tǒng)的量子密鑰分發(fā)控制系統(tǒng)用于量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的密鑰生成控制和密鑰輸出控制，其可以包括接入層、管理層、以及中間層。其中，所述接入層用于提供所述量子密鑰分發(fā)控制系統(tǒng)與外部進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的硬件接口；所述管理層用于對所述量子密鑰分發(fā)控制系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)中的所有流程進(jìn)行管理，以及對所述量子密鑰分發(fā)控制系統(tǒng)與上層應(yīng)用之間的數(shù)據(jù)交互進(jìn)行管理；所述中間層用于實(shí)現(xiàn)所述量子密鑰分發(fā)控制系統(tǒng)中硬件模塊的驅(qū)動程序。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的量子密鑰分發(fā)控制系統(tǒng)還可以包括運(yùn)行維護(hù)層，用于對所述量子密鑰分發(fā)控制系統(tǒng)中在CPU上運(yùn)行的軟件程序和/或配置文件進(jìn)行升級維護(hù)。

優(yōu)選地，所述接入層可以包括網(wǎng)絡(luò)接口、低速總線接口、光源驅(qū)動接口、探測器驅(qū)動接口、以及HAL接口。其中，所述網(wǎng)絡(luò)接口被配置用于提供所述量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的發(fā)送端和接收端之間的數(shù)據(jù)交互通道；并且/或者，所述低速總線接口被配置用于為所述量子密鑰分發(fā)控制系統(tǒng)對所述量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中的光源和/或探測器進(jìn)行配置提供數(shù)據(jù)交互通道；并且/或者，所述光源驅(qū)動接口被配置用于為所述量子密鑰分發(fā)控制系統(tǒng)對所述量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中的所述光源進(jìn)行發(fā)光控制提供數(shù)據(jù)交互通道；并且/或者，所述探測器驅(qū)動接口被配置用于為所述量子密鑰分發(fā)控制系統(tǒng)對所述量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中的所述探測器進(jìn)行探測控制提供數(shù)據(jù)交互通道；并且/或者，所述HAL接口被配置用于在所述量子密鑰分發(fā)控制系統(tǒng)與所述上層應(yīng)用之間提供數(shù)據(jù)交互通道。

更進(jìn)一步地，所述網(wǎng)絡(luò)接口內(nèi)以硬件形式固化有TCP/IP協(xié)議棧。

更進(jìn)一步地，所述低速總線接口還被配置用于為調(diào)試軟件對所述量子密鑰分發(fā)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試或配置提供數(shù)據(jù)交互通道。