[发明专利]一种基于可信中继节点的量子通信方法及网络

说明书

本发明公开了一种安全的量子通信方法及量子通信网络，其中通过在网络节点中设置量子密钥分发数量的阈值，作为量子通信密钥中继过程的启动条件，来保证量子通信过程中加密密钥的新鲜度，从而改善由于物理攻击引起的量子通信网络的安全性问题。

技术领域

本发明涉及量子通信领域，更具体地涉及基于可信中继节点的量子通信方法及网络。

背景技术

量子通信作为国际通信领域的主流发展方向，受到了广泛的关注和研究。目前该研究方向进展较快，实用范围较广，相对于传统的通信方式有着得天独厚的优势。在实用方面，量子通信的网络建设，尤其是量子通信网络已经得到了实验和应用验证。量子通信技术中的一个关键环节涉及量子密钥的分发，其中利用量子力学的基本原理，用光子的性质表征随机数比特序列，通过传统的信道即可建立一套量子密钥，从而实现量子密钥分发。由于量子力学的基本特性，量子密钥分发在原理上，相对于传统通信方式，具有不可复制、绝对保密、无法窃听的无可比拟的优点。

从1984年第一个量子密钥分发协议诞生起，世界科研人员共同努力下，量子密钥分发系统已经日趋成熟。2003年，美国国防部高级研究计划局(DARPA)开始有计划的建立量子通信网络；2004年，欧洲开始建立SECOQC量子通信网络，并且运行稳定；我国也建立了旨在验证和推广量子通信系统的量子通信试验网；2011年日本报道了建立在东京的高速量子网络，主要以高速量子密钥分发(QKD)系统作为链路骨干。

然而受限于量子通信的光源、线路损耗以及解码端器件性能等影响因素，量子通信的距离受到了一定的限制。目前较为成熟的量子通信网络采用基于可信中继的网络通信方式，即：在通信网络中，增加可信节点以作为中继节点，可信节点同时与上下级可信网络节点(其包括中继节点、发送端和接收端)进行量子密钥分发操作。

然而，中继节点的引入对量子通信的安全带来了不确定性因素。例如，可信中继节点包括量子密钥解码端、发送端以及密钥存储器件。即使量子密钥分发原理上绝对安全，然而一旦窃听者通过物理手段接触到节点中存储的量子密钥，则可以将其从节点中拷贝窃取，从而破坏量子通信的安全性和可靠性。实际上，对于物理接触的防御需要增加大量的人力和物力成本，也会导致更多的不可控因素。这就使得这种借助可信中继节点实现的量子通信网络在实际运行过程中，虽然可以实现远距离的通信，但是其可能会牺牲安全性，且成本较高，不利于大规模的建设和使用。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种安全的量子通信方法及量子通信网络，由此改善由于物理攻击引起的量子通信网络的安全性问题。

在本发明的一个方面，公开了一种用于量子通信网络的量子通信方法，所述量子通信网络包括多个网络节点，所述网络节点包括发送端A、接收端B以及设置于所述发送端A与所述接收端B之间的一个或多个可信中继节点。为了保持密钥的新鲜度，降低由于物理攻击网络节点对通信安全性的威胁，在本发明的通信方法中，还可以包括以下步骤。

当准备在所述发送端A与所述接收端B之间发起通信时，在所述量子通信网络中的彼此相邻的所述网络节点之间同时分发量子密钥，且所述分发的量子密钥被存储在所述网络节点上。以及

当量子密钥分发速度最低的所述网络节点中的量子密钥数量到达预设阈值x时，立即在所述量子通信网络中启动密钥中继，开始所述发送端A与所述接收端B之间的加密通信。

通过将密钥中继的启动条件设置成网络节点中分发的量子密钥数量到达预设阈值，可以有效地控制网络节点中保存的最大密钥数量，保证量子通信过程中量子密钥的新鲜度。

优选地，在本发明的量子通信方法中，还可以包括将使用过的所述量子密钥从所述网络节点中销毁的步骤，以避免通过物理攻击的方式获得历史密钥，从而进一步提高密钥的安全性。

可选地，在本发明的量子通信方法，所述预设阈值x可以根据所述最低的量子密钥分发速度来设定。