[發明專利]一種用于量子與經典混合通信網絡的路由方法

有效

• 申請號: 202011630428.6
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112822111B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 權東曉;王建梅;朱暢華;許苗苗;趙楠;易運暉;陳南;裴昌幸
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L12/741
• 分類號: H04L12/741;H04L12/751;H04L12/709;H04L9/08
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 程曉霞;王品華

本發明公開了一種用于量子與經典混合通信網絡的路由方法，解決了現有路由方法只能為具有一種通信類型的網絡選路的技術問題。實現步驟是：搭建并形成混合通信網絡；初始化路由表；判斷接收到數據包的類型；收到路由更新包，將其更新到路由表；收到用戶數據包，路由節點接收并將其轉發，完成量子與經典混合通信網絡的路由建立和報文轉發。本發明為可信中繼到量子網絡多添加一條路徑，經過條件限定完成新添加路徑的建立和維護。本發明能夠區分用戶數據包的通信類型，并將兩種不同通信類型的報文互不干擾地傳送到目的地，可用在量子保密通信和經典通信同時存在的網絡中，同時本發明能夠提高通信網絡的安全性。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，主要涉及通信網絡的路由方法，具體是一種用于量子與經典混合通信網絡的路由方法，可用作實際量子保密通信和經典通信同時工作形成混合通信網絡的路由生成，為數據包提供路由。

背景技術

在如今的信息化時代，通信安全是人們關注的重要內容，數據傳輸的安全性尤為重要。源于對通信保密的要求，量子通信應運而生。量子通信基于單光子測不準原理和不可克隆定理、海森堡不確定性原理、糾纏性質等進行信息傳遞，其具有傳統通信方式所不具備的絕對安全特性。量子通信包含量子密碼、量子隱形傳態、量子密集編碼等多種發展形式，其中量子密碼發展最為迅速。量子密碼，也稱量子保密通信技術，其包含量子密鑰分發(QKD)、量子安全直接通信(QSDC)、量子秘密共享(QSS)等多個方向，其中，QKD技術在數據安全傳輸方面展現出了絕對的優勢，是當前最重要、最主流的量子保密通信技術。近年來，量子保密通信已經從理論逐步走向了實際應用，在國家安全、金融等信息安全領域有著重大的應用價值和前景。

基于量子密鑰分發QKD技術的量子保密通信是通信雙方協商出可證明安全的密鑰，再結合“一次一密”(OTP)加密策略實現絕對安全的通信。通過海森堡不確定性原理、單光子測不準原理和量子態不可克隆定理等量子力學基本原理的證明，量子密鑰分發可以產生無條件安全的密鑰。OTP的基本思想是通信雙方事先共享和明文長度相同的密鑰，使用該密鑰對明文進行按位異或實現加密解密，且該密鑰只能使用一次。盡管OTP被證明是安全的加密策略，但該策略中密鑰的分發在經典通信中無法保證安全，這是因為經典信息可復制，第三方可在不被察覺的情況下復制密鑰，從而獲取明文。而基于量子力學的密鑰分發技術解決了經典信息可復制的問題，該技術以量子態作載體協商密鑰，根據不可克隆定理，復制未知量子態時，必會改變量子態原來的狀態，因此當量子態發生變化時，可判斷存在第三方竊聽，認為該量子態攜帶的密鑰不安全并將其丟棄。所以QKD技術結合OTP加密算法可實現無條件安全的保密通信。

隨著點對點量子密鑰分發在理論和實驗上的研究日益成熟，各國學者研究的重點開始轉向QKD組網技術。2005年，美國雷神公司和波士頓大學建成世界上第一個QKD網絡；2008年，通過“基于量子密碼的全球保密通信網絡”(SECOQC)項目，歐盟建成7節點QKD通信網絡；2009年，日本國家情報通信研究機構(NICT)聯合歐洲公司建成東京6節點城域量子通信網絡“Tokyo QKD Network”；2016年，我國自主研制的世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”成功發射；2017年，世界首條量子保密通信干線——“京滬干線”正式開通；2020年，潘建偉院士團隊利用量子衛星“墨子號”實現基于糾纏的無中繼千公里級量子保密通信。目前QKD組網方式有三種，分別是基于光學節點的QKD網絡、基于量子糾纏的QKD網絡、基于可信中繼的QKD網絡。其中基于光學節點和基于量子糾纏的組網受光學器件限制以及量子糾纏難以保持的影響，無法進行大規模組網，而基于可信中繼的組網使用可信任的中繼節點連接QKD鏈路，擴大網絡規模，因此該組網方式成為主流。