[发明专利]一种量子密钥中继服务方法

说明书

本发明公开了一种量子密钥中继服务方法，主要解决量子通信网络中量子密钥可信中继过程的安全性和效率问题；本发明方法的步骤包括：量子网络管理服务器根据中继路由表和中继节点的当前状态指标选择中继节点，中继节点并发向量子密钥中继服务器发送其与两个相邻节点之间的共享量子密钥的异或值，量子密钥中继服务器对所收到的相应异或值再进行异或运算，并得到由源节点和目标节点的量子密钥的异或值，通过公开该异或值，源节点和目标节点可以实现量子密钥的共享；本发明的安全性更高、效率更高、中继延迟更小；本发明方法可以广泛应用于各种拓扑结构的量子通信网络，具有非常重要的实际应用价值。

技术领域

本发明涉及量子通信网络中的通信中继技术领域，尤其涉及一种量子密钥中继服务方法。

背景技术

在量子通信网络中，由于还缺少不落地量子通信中继技术，无法实现网络内任意节点间量子信道的搭建以及直接的量子密钥分发(QKD)。为了实现网络内任意节点间的量子密钥共享，在无法直接进行量子密钥分发的两节点间，需要采用密钥中继的方式来实现密钥分发。

在已公开的量子密钥中继方案中，因为被中继的密钥在中继量子节点以明文的形式存在，所以任何参与量子密钥中继的节点都知道该中继密钥，因此安全性的前提是所有参与中继的量子节点必须是可信任的。因此这种中继量子节点被叫做可信中继节点。在一条量子密钥中继链路上，链路两端的节点称为源节点和目标节点；链路中间的节点称为可信中继节点(或称中继节点)。在一条量子密钥中继链路上，包括两个终端量子节点和至少一个可信中继节点，各个量子节点都配置QKD设备；相邻节点间搭建有量子信道，能够直接进行量子密钥分发并共享量子密钥。可信中继量子节点是一种非常自然和容易实现的技术，依靠可信中继量子节点，我们可以容易地扩展量子密钥分发网络的服务范围。基于可信中继的QKD网络能够很好的兼容各种QKD技术，无论是光纤量子密钥分发系统还是自由空间量子密钥分发系统，相位编码系统还是偏振编码系统都能方便的整合进去，因此是现阶段组建网络的首选方案。

但是，目前公开的方案都存在明显的安全性瓶颈，即所有参与可信中继的节点都可以直接获取所中继的密钥，不便于密钥及其所加密信息的安全管理；另外，采用“单跳转发”的中继方式存在较大的延迟，效率低下。对于规模量子通信网络组网，克服上述缺点对网络应用的安全性和通信效率都非常重要。

发明内容

针对背景技术中量子密钥中继过程中的缺陷，本发明通过一种新型的量子密钥中继方法解决中继过程的安全性扩散问题，通过并发响应提高密钥中继效率；本发明提供一种量子密钥中继服务方法，其特征在于，包括但不限于如下步骤：

（1-1）量子网络管理服务器响应把一个密钥从源节点中继到目标节点的请求；

（1-2）量子网络管理服务器根据所存储的中继路由表和相关节点的当前状态指标，得到从源节点中继到目标节点所经过的各个中继节点的地址和当前状态指标，并根据所述信息选择参与量子密钥中继的n（n是大于0的自然数）个中继节点，并令所述每一个中继节点计算其与另外两个相邻节点之间的共享量子密钥的异或值（如图1所示），并发送到量子密钥中继服务器；

假定量子密钥中继服务是把一个密钥从节点A（源节点）通过n个中继节点并中继到节点B（目标节点），假定参与该次中继的全部节点依次记为A、⋯、Ci、⋯、B（其中，i是自然数，且0in＋1，当有一个中继节点时，n＝1，i＝1；当有两个中继节点时，n＝2，i＝1、2，以此类推），假定所述节点的相邻节点之间依次选择K1、⋯、Ki、⋯、K(n+1)作为该次中继服务的量子密钥，其中，K1是节点A与节点C1之间事先缓存的共享量子密钥或实时协商的共享量子密钥，Ki是节点C(i-1)与节点Ci之间事先缓存的共享量子密钥或实时协商的共享量子密钥（其中，i是自然数，且1in＋1)，K(n+1)是节点Cn与节点B之间事先缓存的共享量子密钥或实时协商的共享量子密钥，相邻节点之间对所使用的量子密钥的密钥标识进行确认并使用相同密钥标识的量子密钥；