[发明专利]一种多用户量子密钥分发网络装置

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传输保密通信技术领域，特别涉及多用户量子密钥分发中的实现方案。 

背景技术

经典密码学是基于大数质因子分解等数学难题。随着计算机计算速率的进步，尤其是量子计算机的出现，经典密码体制不再牢不可破。而量子密码通信是建立在量子力学的基础上，是目前科学界公认的未来可实现绝对安全通信方式的唯一选择。 

量子密码通信的研究主要集中于量子密钥分发。自从1989年,Bennett等人基于BB84协议首次成功地在自由空间完成了演示性实验，从而掀起了量子密钥分发实验研究的高潮。经过大量科研人员20余年的不懈努力，量子密钥分发在理论和实验方面都取得了突飞猛进的发展，利用光量子态已经能够实现百公里量级的点对点量子密钥分发。随着点对点量子通信实验的成熟，为了拓展应用，迫切地需要对点对点的通信方式进行组网，以满足多用户通信的需要。 

目前，尽管量子密钥分配(quantum key distribution，QKD)网络的发展还处于起步阶段，已经有多个QKD网络的方案提出，主要可以分为三类： 

1.基于光学节点的QKD网络 

该方案主要是采用光学器件如光分束器、光开关、波分复用器等方法实现管理员Alice与多个用户之间的密钥分配。例如由美国国防部高级研究项目管理局资助建立的DARPA量子网络就是基于光开关，在程序的控制下，光开关可以实现各个节点用户之间的链接，从而共享密钥。 

2.基于信任节点的QKD网络 

该方案是用户通过多条量子密钥分配链路与信任节点按照一定的拓扑结构链接而成，网络中的每个节点都可以完成密钥的存取，分发，筛选，安全评估，误码协调，保密增强，密码管理等任务，每两个节点可以通过以上的操作协商出一套共有的安全密钥，并用这套密钥对信息进行加密解密的操作。当网络中的两个用户需要通信时，只需通过身份认证技术在经典信道上建立链接，然后用最近节点之间产生的密钥进行加密、解密，达到两用户通信的目的。欧洲Secoqc Communication Based on Quantum Cryptography(SECOQC)QKD网络采用的就是这种基于信任节点的量子密钥分发网络。 

3.基于量子节点QKD网络 

该方案主要基于量子中继技术。量子中继器将纠缠交换、纠缠纯化和量子存储器技术相结合，有效地克服了信道衰减的问题，理论上可实现任意长度的量子密钥分发。而且，基于它建立的量子通信网络才是真正意义的全量子通信网络。 

虽然以上三种方案为当今量子通信网络的主流方案，但是通过深入比较分析，可以发现这些方案都存在以下问题： 

基于光学节点的量子密钥分发网络可以实现多用户之间的量子密钥分发，安全性好且易于实现，但这种网络模型不易于扩展，而且密钥分发的安全距离受到器件插入损耗的影响，因此只适合在局域网络中应用；基于信任节点的量子密钥分发网络可以同时保证多用户和长距离传输这两点要求，理论上甚至可以实现跨越全球的密钥分发网络。但随着网络的增大，节点的增多，这种网络的安全性会大幅度下降；基于量子中继器的网络可以实现长距离、多用户的量子密钥分发。但到目前为止，量子中继器离实用化还有一段距离。 

同时，在这些网络中两个用户之间或两个节点之间的通信还是基于已经比较成熟的点对点量子密钥分配系统，而网络方案只是提供了一种组网方式。随着点对点通信系统的发展，虽然量子密钥分发在理论上是绝对安全的，但是在实际系统中，由于使用的器件与理想器件存在一些误差，这将导致实际点对点量子密码通信系统中存在着信息泄露危险的漏洞，从2007年至今，国际上多个小组，使用实际量子通信系统中的漏洞，成功的窃取了商用点对点量子通信系统(主要是IDQ公司的clavis2系统)的密钥而不被发现，这些对点对点量子通信研究的攻击方式，也会影响到现有量子通信网络的安全性。 

发明内容