[发明专利]基于量子分发波形共享的安全通信方法

说明书

本发明公开了一种基于量子分发波形共享的安全通信方法、系统及存储介质，通过量子分发实现通信双方真随机数同步共享，通过实时刷新的真随机数序列协商干扰波形法则，通过干扰波形变换‑反变换操作获得物理层安全特性。本发明是一种独立于信源加密的信道防护手段(攻击者需破解波形法则才能将拦截到的离散信号或模拟信号还原为数字信号)，可以作为现有信源加密技术的重要补充，为光纤通信、无线电通信、无线光通信等提供信道安全防护保障。

技术领域

本发明属于光纤通信、无线通信和量子通信的交叉学科领域，具体是指一种利用量子分发实现远端用户信息同步、通过逻辑定义(数模转换)同步共享波形法则、利用波形变换实现通信信道安全防护的通信技术，尤其涉及一种基于量子分发波形共享的安全通信方法、系统及存储介质。

背景技术

量子通信技术基于海森堡测不准原理、量子不可分离原理、量子不可克隆原理等，是目前公认的、在理论上具备无条件安全性的通信技术。量子通信技术的核心是将具备真随机属性的量子态保真无损地分发给通信双方，任何对传输信道的干扰(无论是来自具备窃听动机的攻击行为还是来自不可抗力的客观影响)都会破坏通信双方的量子态同步共享并引起察觉。量子通信技术分支中最为成熟的是量子保密通信技术，其本质是通过量子分发实现通信双方母本密钥实时共享(量子密钥分发)，通过母本密钥或母本密钥变换生成的密码对明文信息进行加密处理；量子态真随机特性最大限度避免了暴力破解风险，在信道层面(分发)和信源层面(加密)同时具备安全通信能力。

受量子光源、单光子探测器和传输信道损耗等因素影响，现阶段量子分发速率始终限制在1kbps@100km量级，“一次一密”工作模式下难以适应现代通信网络高速业务需求。另一方面，在量子保密通信系统中，只有量子密钥分发过程具备信道防护能力，通信信息仍以可解析的数字信号形式传递。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种基于量子分发波形共享的安全通信方法，参照通用量子密钥分发技术路线实现通信双方量子真随机数同步共享(量子分发)；将协商纠错后的量子真随机数序列转换为定长编号；通信双方根据此定长编号，从预定义波形库中取出干扰波形(波形共享)，以此对通信信号进行信道层面的波形变换(数模转换，等同于加密)和波形反变换(模数转换，等同于解密)，实现通信信道层面的安全防护。

为了达到上述效果，本发明提供的基于量子分发波形共享的安全通信方法包括：

步骤一、通过量子分发实现通信双方真随机数同步共享；

步骤二、按定长位将二进制真随机数转换为序号序列并从通信双方预先协商的波形库中提取干扰波形；

步骤三、发送方利用干扰波形对通信信号进行变换操作，从数字信号到离散信号或模拟信号，确保即便攻击者从信道中拦截到该传输信号也无法分离出通信信号；

步骤四、接收方利用干扰波形对通信信号进行反变换操作，从离散信号或模拟信号到数字信号，并获取通信信号携带的有效信息；

步骤五、量子分发产生的同步共享真随机数实时更新，通信双方协商一致的波形也实时刷新。

优选的，上述步骤一具体包括：

步骤1.1、发送方和接收方之间由独立地量子信道互联；

步骤1.2、发送方和接收方共享信息满足不可克隆要求和不可复制要求；

步骤1.3、发送方和接收方通过协商交互和信息后处理可提出错误量子比特，获取同步共享的量子真随机数序列。

优选的，上述量子密钥分发协议包括但不限于BB84协议、E91协议、BBM92协议、高维量子密钥分发协议、时间-能量纠缠协议、TF协议、连续变量量子密钥分发协议等。