[发明专利]基于量子纠缠交换的无人船密钥分发方法

说明书

本发明揭示了一种基于量子纠缠交换的无人船密钥分发协议。相较于现有的技术，本发明基于量子力学中量子不可克隆原理及量子纠缠特性，来实现海上无人船的安全通信。鉴于海上能见度低及风浪等天气影响，本发明中采取了量子中继的密钥分发体系结构，实现了海上无人船的远距离安全通信。该发明在无人船中设立了量子纠缠交换模块，它含有多个Bell基测量单元，以完成无人船间的量子纠缠交换，成为中继无人船。各无人船通过该中继作用便可实现任意两个无人船间以及无人船与控制中心间的量子信道的建立，最终获取绝对安全的密钥，为无人船在民用领域及军用领域提供远距离安全可靠的通信。

技术领域

本发明涉及一种基于量子通信的无人船密钥分发方法技术，尤其是一种基于量子纠缠交换的无人船密钥分发方法。

背景技术

在量子通信领域，密钥分发技术是该领域中最令人关注、创造性思维最为活跃的热门话题。

例如，中国专利CN107294960A公开了一种软件定义网络控制通道的安全保障方法及在软件定义网络中部署量子密钥层的方法，其主要技术方案是在软件定义网络的控制层和数据层之间部署的量子密钥层，保障软件定义网络控制通道的安全；由量子密钥层基于量子密钥分发技术提供量子密钥资源，由控制器分配量子密钥资源并结合一次一密的加密算法进行加密，从而使软件定义网络控制通道所需的量子密钥资源由量子密钥分发技术提供，控制通道中的控制信令由一次一密的加密算法进行加密，保证了软件定义网络控制通道理论上的绝对安全。

还有，中国专利CN107171792A公开了一种虚拟密钥池及量子密钥资源的虚拟化方法，该方法包括：根据用户的需求将量子密钥池中的量子密钥资源进行划分，并虚拟化，获得与用户对应的虚拟密钥池。其技术手段是根据用户的需求将量子密钥池中的量子密钥资源进行划分，并虚拟化，获得与用户对应的虚拟密钥池，并且在对虚拟密钥池中的虚拟量子密钥资源进行操作时，根据映射关系对对应的量子密钥池中的量子密钥资源进行操作。一方面，不同的用户可以通过对应的虚拟密钥池利用量子密钥资源，从而使量子密钥资源得到了较大程度的共享；另一方面，更多的用户能够利用量子密钥资源，尽可能地避免了部分量子密钥资源长期不能被利用，从而提高了量子密钥资源的利用率。

再有，中国专利CN107196758A公开了一种基于量子密钥分发的单光子探测方法，包括用于产生信号光以及同步光的单光子发射器，产生的同步光经过发射端中央处理器生成同步时钟信号后并通过同步信号光纤传送至接收端，同步时钟信号作为接收端单光子探测器的探测基时钟对单光子信号进行探测，在同步光经过发射端中央处理器生成同步时钟信号的过程中，对同步时钟信号进行延时处理，同步时钟信号延时时长至单光子探测器可探测单光子信号为准。该公开文献的特点是通过对同步信号进行相位切换和分段延时扫描的方式达到单光子信号的整周期延时，在同步时钟信号延时过程中摒弃了能做到几十纳秒的延时的高价格芯片，同时也摒弃了普通芯片级联的方式，不仅降低了成本，也降低了系统的冗杂度。

又有，中国专利文献CN106899407A公开了一种远距离量子通信网络的设计方法，包括以下步骤：建立量子密钥分发层，构成量子网络；量子节点之间在量子密钥分发层建立量子路径；将经典通信与量子密钥分发层相结合；发送端和中间节点做相应的Bell基测量；发送端和中间节点将获取的经典信息直接传输到接收端；接收端进行幺正变换恢复成初始量子信息。该技术方案能够很好的实现任意远距离量子网络，传输量子信息，无需辅助粒子，具有简单易操作、延时少、节约成本、可扩展等优点，使得量子通信网络的应用更广泛。

然而，随着无人驾驶汽车和无人机的发展和应用，以及人工智能等技术的不断革新，尤其是面对船舶航速低，海上搜救困难，海洋环境防污染保障系统不健全，以及军事上侦查反潜，精确打击等任务的高性能需求，无人船以其体积小，作业灵活的优点成为海上船舶智能化的发展方向。同时，随着海上作业范围增大及多任务需求的增加，多无人船协同作业已经成为未来世界各国船舶发展的研究热点。