[发明专利]一种基于二次加密的量子通信方法及网络

说明书

本发明公开了一种量子通信网络及通信方法，其中对于量子通信网络，通过在关键网络节点中将中继传输的新鲜量子密钥与节点中存储的历史量子密钥进行加密形成共享量子密钥的方式，轻易地解决密钥中继过程中由物理攻击导致新鲜密钥被窃等所可能引起的安全缺陷，以便实现更为安全的量子通信。

技术领域

本发明涉及量子通信领域，更具体地涉及基于二次加密的量子通信方法及网络。

背景技术

量子通信作为国际通信领域的主流发展方向，受到了广泛的关注和研究。目前该研究方向进展较快，实用范围较广，相对于传统的通信方式有着得天独厚的优势。在实用方面，量子通信的网络建设，尤其是量子通信网络已经得到了实验和应用验证。量子通信技术中的一个关键环节涉及量子密钥的分发，其中利用量子力学的基本原理，用光子的性质表征随机数比特序列，通过传统的信道即可建立一套量子密钥，从而实现量子密钥分发。由于量子力学的基本特性，量子密钥分发在原理上，相对于传统通信方式，具有不可复制、绝对保密、无法窃听的无可比拟的优点。

从1984年第一个量子密钥分发协议诞生起，世界科研人员共同努力下，量子密钥分发系统已经日趋成熟。2003年，美国国防部高级研究计划局(DARPA)开始有计划的建立量子通信网络；2004年，欧洲开始建立SECOQC量子通信网络，并且运行稳定；我国也建立了旨在验证和推广量子通信系统的量子通信试验网；2011年日本报道了建立在东京的高速量子网络，主要以高速量子密钥分发(QKD)系统作为链路骨干。

然而受限于量子通信的光源、线路损耗以及解码端器件性能等影响因素，量子通信的距离受到了一定的限制。目前较为成熟的量子通信网络采用基于可信中继的网络通信方式，即：在通信网络中，增加可信节点以作为中继节点，可信节点同时与上下级可信网络节点(其包括中继节点、发送端和接收端)进行量子密钥分发操作。当各个网络节点上的量子密钥分发过程全部完成之后，则可以借助各个中继节点实现点对点的量子密钥分发，提供加密的量子通信。

然而，即使整个量子通信线路的损耗和安全性得到保证(保证一般可信中继节点的安全性)，但是量子通信线路中的关键中继节点和接收终端的安全性却关乎整个通信过程的成败。这些关键中继节点和接收终端通常包括解码端测量器件和密钥存储器件，其将接收到的密钥数据进行解码并且经测量获得原始密钥，必要时将这些原始密钥存储在相应的存储器件中。一旦窃听者通过物理手段接触到节点中存储的量子密钥，则可以将其从节点中拷贝窃取，从而破坏量子通信的安全性和可靠性。实际上，对于物理接触的防御需要增加大量的人力和物力成本，也会导致更多的不可控因素。这就使得这种借助可信中继节点实现的量子通信网络在实际运行过程中，虽然可以实现远距离的通信，但是其可能会牺牲安全性，且成本较高，不利于大规模的建设和使用。

因此，就目前来看，量子通信网络中需要一种能够在满足远距离通信基本要求的前提下进一步改善加密通信安全性，降低网络成本的方案。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种量子通信网络，其可以包括多个关键网络节点，所述关键网络节点包括存储单元，所述存储单元中存储有历史量子密钥K_o。根据本发明，所述关键网络节点可以被设置成，在量子密钥分发过程中，当其接收到新鲜量子密钥K_N时，可以将所述新鲜量子密钥K_N与所述历史量子密钥K_o进行加密运算以获得运算结果K_m，并将所述运算结果K_m存储到所述存储单元中，作为共享量子密钥使用。通过这种经二次加密形成共享量子密钥的方式，可以轻易地解决密钥中继过程中由物理攻击导致新鲜密钥被窃所可能引起的安全缺陷。

进一步地，所述运算结果K_m可以通过覆盖参与所述加密运算的所述历史量子密钥K_o的方式存储到所述存储单元中。通过这种方式可以擦除掉历史量子密钥，从而提供更有效的安全保障。