[发明专利]基于量子密钥加密的5G通信模组

说明书

本发明涉及一种基于量子密钥加密的5G通信模组，包括5G模组、安全存储模块和量子密钥管控模块，5G模组设置有安全存储模块和量子密钥管控模块，安全存储模块与量子密钥管控模块通信，用于利用量子证书完成5G模组的身份认证以及量子密钥分发，使用分发的量子密钥完成5G业务数据加密传输。本发明在5G模组上增加安全存储模块和量子密钥管控模块，利用量子密钥解决5G模组设备的身份认证和传输加密问题，既可以防止密钥泄露风险，又能够降低密钥维护成本，而且还能够抵抗量子计算和量子算法的攻击，能够为使用5G的物联网提供安全的无线网络通讯。

技术领域

本发明涉及5G通信技术领域，尤其是指一种基于量子密钥加密的5G通信模组。

背景技术

5G是面向2020年以后移动通信需求而发展的新一代移动通信系统，5G具有超高的频谱利用率和能效，在传输速率和频谱资源利用率等方面较4G移动通信提高一个量级或更高，其无线覆盖性能、传输时延、系统安全和用户体验也将得到显著的提高。5G移动通信将与其他无线移动通信技术密切结合，构成新一代无所不在的移动信息网络，满足未来10年移动互联网流量增加1000倍的发展需求。5G移动通信系统的应用领域也将进一步扩展，对海量传感设备及机器与机器(M2M)通信的支撑能力将成为系统设计的重要指标之一。未来5G系统还须具备充分的灵活性，具有网络自感知、自调整等智能化能力，以应对未来移动信息社会难以预计的快速变化。5G时代不仅能给我们带来超高带宽、超低时延以及超大规模连接的用户体验，其丰富的垂直行业应用将为移动网络带来更多样化的业务需求，尤其是网络切片、能力开放两大创新功能的应用，将改变传统业务运营方式和作业模式，为各行业用户打造定制化的“行业专网”服务，可更好地满足业务差异化需求，进一步提升了企业对自身业务的自主可控能力和运营效率。

5G应用有较高的开发难度、过长的开发周期和多样化的行业需求，制约着5G在行业规模应用发展。5G模组的诞生将加速工业互联网的普及，有助于推动制造业的高质量发展。5G模组可适应各种应用场景，简化终端产品设计，对现存的技术层面的不确定性及终端需求的多样性有关键意义，对促进产业加速成熟，推动5G落地商用具有关键作用。

由于人们对通信网络的性能和安全需求不断提高，5G通信技术发展迅猛并得到了前所未有的关注。然而5G依然面临一些安全挑战，5G无线网络进行通信时，庞大的数据流在网络中含有大量隐私和敏感信息，为确保隐私不被泄漏，有必要将5G和密码学知识相结合，在安全研究方面，3GPP、5GPPP、NGMN、ITU-2020推进组、爱立信、诺基亚和华为也发布了各自的5G安全需求白皮书，但当前提出的安全方案是基于传统数字证书认证与密钥协商算法，其安全性依赖密钥交换过程的安全性和加解密算法的安全性，其中，密钥分发过程主要依赖于公钥密码，其安全性主要基于质数分解、离散对数、椭圆曲线等数学困难问题的计算复杂度，主要存在下面几个问题：1)对称密钥密码体制存在的最主要问题是由于加密和解密双方都要使用相同的密钥，容易产生发送者或接收者单方面密钥泄露问题；2)对称密钥在有n方参与的通信中，若n方都采用同一对称密钥，一旦密钥被破解，整个密码体系就会崩溃；若采用不同的对称密钥则需要n(n-1)个密钥，密钥数与参与通信的人数的平方数成正比，密钥的管理几乎不可能；3)密钥分发是加密体系中最薄弱的环节，如果加长密钥更新的周期，则给他人破译密钥提供了机会。

量子保密通信是指利用量子比特作为信息载体来传输信息的通信技术，它是利用量子力学基本原理和量子纠缠现象达到传递信息、传输数据的一种先进通信技术。量子保密通信技术提供了迄今为止唯一高度安全的通信保密方式，突破了传统信息技术的安全保密和信息容量极限。如果将量子保密通信技术与5G无线通信技术相结合，其可以在享受5G高带宽低延迟的同时，又可保障传输数据的安全不被破坏者窃取，从而保障物联网设备及应用系统的正常运行，因此将量子保密通信技术与5G无线通信技术相结合具有重要的意义。

发明内容