[發明專利]一種基于基站的移動通信終端量子通信方法及系統

有效

• 申請號: 202010595590.2
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111917537B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 富堯;鐘一民;王澤軍
• 申請（專利權）人: 南京如般量子科技有限公司;如般量子科技有限公司
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04W12/0431;H04B10/70;H04B10/079
• 代理公司: 南京中盟科創知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32279
• 代理人: 孫麗君

本發明提出一種基于基站的移動通信終端量子通信方法及系統，本發明采用基站作為移動通信終端的中繼，使得兩個不安裝量子密鑰分發設備的移動通信終端能夠通過基站實現基于BB84的量子通信。本發明針對不同的應用場景提出基于基站的移動通信方案，極大地提高了手機等移動終端間的通信安全性。

技術領域

本發明涉及量子通信領域，尤其涉及一種基于基站的移動通信終端量子通信方法及系統。

背景技術

量子密鑰分發(QKD)基于量子力學的基本原理，其傳遞的量子密鑰是無法破解的，具有無條件的安全性，其安全性遠高于目前基于數論難解問題構建的RSA等密碼體制。現有技術中，用到量子密鑰分發(QKD)技術實現量子通信的場景很多，但都是基于通信雙方安裝QKD設備而實現的。但是對于一些尺寸較小的移動通信終端，例如手機等，由于QKD設備的尺寸較大，價格較高，因此目前還未能將QKD設備集成到這類小型通信終端中，因此，手機等小型移動通信終端設備之間傳輸的信息依然面臨較大的安全性威脅。

如何在手機等小型移動通信終端設備不集成QKD設備的情況下，使手機等小型移動通信終端接入量子通信保密網絡，這是本領域的一個技術難題。

發明內容

發明目的：為解決上述技術問題，本發明提出一種基于基站的移動通信終端量子通信方法及系統。

技術方案：本發明以基站作為兩個不安裝QKD設備的移動通信終端的中繼，以實現兩個移動通信終端之間的量子通信。本發明針對三種不同的應用場景提出以下技術方案為：

應用場景1：實現通過同一基站接入互聯網的兩個移動通信終端之間的量子通信。

針對應用場景1，本發明提出一種基于基站的移動通信終端量子通信方法，包括以下步驟：

(1)在移動通信終端上設置真隨機數發生器，在基站設置量子密鑰分發設備，包括單光子發射模塊和單光子檢測模塊；

(2)兩個移動通信終端以基站為中繼進行基于BB84協議的量子密鑰分發：

發送方移動通信終端通過相應真隨機數發生器生成用于選擇光子偏振態的第一真隨機數序列，并將第一真隨機數序列發送給單光子發射模塊；單光子發射模塊根據第一真隨機數序列向單光子檢測模塊發送相應偏振態的光子；

接收方移動通信終端通過相應真隨機數發生器生成用于選擇測量基的第二真隨機數序列，并將第二真隨機數序列發送給單光子檢測模塊；單光子檢測模塊根據第二真隨機數序列選擇相應測量基對接收到的光子進行測量，將得到光子偏振態信息反饋給接收方移動通信終端；

(3)接收方移動通信終端通過經典信道將測量基序列告訴發送方移動通信終端，發送方移動通信終端通過經典信道告訴接收方移動通信終端哪些是正確的測量基序列，通過協商后兩個移動通信終端即可以獲得按照BB84協議得出的第一量子密鑰；然后兩個移動通信終端之間再隨機的對第一量子密鑰中的某些密鑰序列進行公開比對，當誤碼率小于門限值，則雙方繼續進行比特糾錯和隱私放大，然后遠程服務器和移動通信終端之間即獲得了無條件安全的量子密鑰。

進一步的，所述實施在通過同一基站接入互聯網的兩個移動通信終端之間的方法中，所述移動通信終端與基站配置有同樣的密鑰池，移動通信終端與基站每次通信時按照預先約定的方式從密鑰池中選擇相應的隨機數序列作為本次通信的對稱密鑰以進行保密通信。

針對應用場景1，本發明還提出一種基于基站的移動通信終端量子通信系統，包括部署有量子密鑰分發設備的基站和通過所述基站接入互聯網的至少兩個配置有真隨機數發生器的移動通信終端；所述基站覆蓋范圍內的任意兩個移動通信終端通過所述方法進行量子通信。

應用場景2：實現通過不同基站接入互聯網的兩個移動通信終端之間的量子通信，本場景中，所述兩個基站之間通過光纖串聯若干量子中繼器以形成所述兩個基站間的量子信道。