[发明专利]量子密码网络密钥生成控制方法

说明书

本发明提出了一种量子密码网络密钥生成控制方法，其中基于与网络节点中同步量子密钥的现存量、量子密钥的消耗需求以及对于网络资源的需求等相关的网络需求经验值，引入泊松分布概率模型来为量子密码网络提供更为准确的量子密钥生成控制。

技术领域

本发明涉及量子密码通信领域，尤其涉及一种基于泊松分布概率模型的量子密码网络密钥生成控制方法。

背景技术

量子通信是近二十年发展起来的新型交叉学科，是量子理论和信息理论相结合的新的研究领域。近来这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展。高效安全的信息传输日益受到人们的关注。

物理学上，量子通信可以被理解为在物理极限下，利用量子效应实现的高性能通信。信息学上，我们则认为量子通信是利用量子力学的基本原理(如量子态不可克隆原理和量子态的测量塌缩性质等)或者利用量子态隐形传输等量子系统特有属性，以及量子测量的方法来完成的两地之间信息传递。

1984年，Bennett和Brassard提出了第一个著名的BB84量子密钥分发(QKD)协议。1989年,IBM公司和Montreal大学合作首次完成了量子密码的第一个实验,从实验上对BB84协议进行了验证。自BB84方案提出以来，对量子通信协议的研究不断深入，迄今已产生了众多改进方案。1991年，牛津大学的Ekert提出了E91协议。1992年，Bennett提出用两个非正交态实现量子密码通信，即B92协议。20多年来,量子密钥分发一直是国内外科学研究的一个热点。人们试图挖掘更多新的量子力学性质,设计各种具有不同性质、适合不同应用环境的量子密钥分发(QKD)协议,并且力求提高密钥的分发效率,降低量子和经典资源的消耗。

以QKD协议为基础的量子密码技术是现阶段量子通信最重要的实际应用之一。传统的密码学是以数学为基础的密码体制,而量子密码以量子力学为基础,它的安全性是建立在测不准原理、量子的不可克隆及量子相干性等物理特性之上的,被证明是无条件绝对安全的。

结合QKD网络和经典网络构建的量子密码网络是利用量子密码术实现一次一密经典信息通信的安全网络。信任中继是在现实技术条件下对点对点量子密钥分配的网络扩展模式。信任中继概念最早由BBN的Elloitt提出，其基本思想是利用一次一密算法实现密钥在多个中继点之间的转移，最终到达目的用户。信任中继是一种非常自然和容易实现的技术，依靠信任中继，我们可以很容易的扩展量子密钥分配网络，无论是距离还是用户数都可以做到无穷大。

在基于信任中继的量子密码网络中，一般会包含一定数量的中继节点，其数量由量子密码网络的规模决定。中继节点之间是连通的，它们构成整个网络的骨干，每个中继节点会直接连接一定数量的用户终端节点。理论上，量子密码网络中任意两个用户终端节点均可通过中继节点或直接连接生成同步量子密钥，从而实现量子密码加密通信。

在光纤量子密码网络中，各个网络节点(终端节点和中继节点)之间通过光纤进行连通，搭建光路作为量子通信信道。光纤量子密码网络的一般结构为：相邻的网络节点通过光纤连接到光交换机上，通过光交换机切换光纤之间的连接搭建光路，从而创建网络节点之间的量子信道，即通过光交换机的切换动作来搭建不同的光线通路。网络节点的量子密钥分发设备可以与不同的相邻网络节点进行量子通信。在这种网络结构条件下，终端节点一般同时只能与一个其他网络节点生成量子密钥，中继节点也同时只能与有限几个其他网络节点生成量子密钥，一个光交换机只能同时搭建有限数量的光路。

这种网络结构降低了整个网络的搭建成本，但也决定了网络节点之间只能通过光交换机的周期性切换、轮流搭建光路作为量子通信信道来生成量子密钥。因此，如何确定网络节点之间光路搭建的优先顺序以控制量子密钥的生成是量子密码网络中一个非常重要的问题，这关系到整个量子密钥分发网络的密钥生成效率。