[发明专利]一种基于量子隐形传态构建虚拟专用网的方法

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1.一种基于量子隐形传态构建虚拟专用网的方法，其特征在于，所描述的构建虚拟专用网的方法包括如下步骤：

步骤11，当部门A中的某台主机X需要向部门B中的某台主机Y发送报文，而部门A和部门B位于不同的城市，数据传送需要通过因特网完成；在部门A和部门B分别设置相应的VPN路由器；在量子虚拟专用网中，每一个VPN路由器中拥有VPN路由器地址映射表，表中保存了虚拟专用网中所有网段对应的VPN路由器地址；在每个VPN路由器RT中构造剩余粒子数映射表TY，映射表TY包含3个字段，分别是：本VPN路由器的IP地址，对端VPN路由器的IP地址和剩余纠缠粒子数字段，每个字段占用4个字节；在VPN路由器RT的映射表TY中，其记录了VPN路由器RT和其它每个VPN路由器RTT对应的剩余纠缠粒子数，其中，本VPN路由器的IP地址对应的是路由器RT的IP地址，对端VPN路由器的IP地址对应的是VPN路由器RTT的IP地址；依据VPN路由器RT和其它每个VPN路由器RTT的IP地址能够在映射表TY中查询到两路由器剩余的纠缠粒子数；初始情况下，VPN路由器RT和另一个VPN路由器RTT对应的剩余纠缠粒子数为0；VPN路由器RT中保存的每个纠缠粒子对应一个序号，序号从1开始，顺序增加；在VPN路由器RT中保存的纠缠粒子对应一个映射表TA，在映射表TA中包含4个字段，分别是本VPN路由器的IP地址，对端VPN路由器的IP地址、纠缠粒子序号和纠缠粒子测量情况，本VPN路由器的IP地址和对端VPN路由器的IP地址占用4个字节，纠缠粒子序号字段占用4个字节，纠缠粒子测量情况字段占用1个字节；通过纠缠粒子序号能够在映射表TA中查到该纠缠粒子是否已经被测量；

步骤12，主机X将报文发送给发送端VPN路由器的过程如下：主机X将需要发送的数据作为数据部分添加上相应的IP首部之后封装成一个IP报文，然后将该IP报文发送给其所在网络的VPN路由器，该路由器用R_A表示；路由器R_A将接收到的所有报文按照先进先出的原则放入一个输入缓存队列HC中；

步骤13， 发送端VPN路由器基于量子隐形传态的方式将缓存队列HC中的报文发送给接收端的VPN路由器，接收端的VPN路由器进行测量后将得到的数据转发给主机Y；

在步骤13中，主要进行如下步骤：

步骤2A、如果缓存队列HC不为空，执行步骤2B；如果缓存队列HC为空，则等待1ms后，重复执行步骤2A；

步骤2B、路由器R_A从缓存队列HC中取出一个IP报文，该报文用IP₁表示，对该IP报文首部进行解析，获得该报文对应的目的IP地址，依据目的IP地址在VPN路由器地址映射表中查找其所属网段对应的VPN路由器地址；如果映射表中没有匹配的记录，则直接丢弃此报文；如果映射表中存在匹配的记录，则查询得到的VPN路由器用R_B表示，执行步骤2C；

步骤2C、在路由器R_A的剩余粒子数映射表TY中，依据路由器R_A和路由器R_B的IP地址查询其对应的剩余纠缠粒子数RN，如果RN小于10000，执行步骤2D；否则，执行步骤2E；

步骤2D、路由器R_A制备10000个处于纠缠状态的量子对，其中第i个量子对的纠缠态为，且；其中每个量子对的第一个粒子由路由器R_A保存，每个量子对的第二个粒子由路由器R_A通过光纤分配给VPN路由器R_B，由路由器R_B保存；同时，路由器R_A给路由器R_B发送一个粒子分配通知报文，源地址设置为路由器R_A的IP地址，目的地址设置为路由器R_B的IP地址，该报文数据部分包含两个字段，第一个字段为粒子分配通知命令，表示路由器R_A在为路由器R_B分配纠缠粒子，数值为0x01，长度为1个字节；第二个字段为分配粒子数量，数值为10000，长度为4个字节，表示路由器R_A为路由器R_B分配的纠缠粒子数量；路由器R_A和路由器R_B分别对自己的映射表TY和映射表TA进行更新，更新完成后执行步骤2E；

步骤2E、路由器R_A对报文IP₁进行解析，获取该IP报文总长度，报文总长度用DL1表示，单位为字节；执行步骤2F；

步骤2F、路由器R_A针对报文IP₁共计8DL1比特的数据分别制备8DL1个相应的粒子，如果第i个比特为0，则制备得到粒子的量子态为 ；如果第i个比特为1，则制备得到粒子的量子态为；制备得到的粒子用表示，，；则，且，，；

步骤2G、在路由器R_A中，以路由器R_A的IP地址作为本VPN路由器的IP地址，以路由器R_B的IP地址作为对端VPN路由器的IP地址，依据本VPN路由器的IP地址和对端VPN路由器的IP地址在R_A的映射表TA中查询纠缠粒子测量情况为0的所有记录SS，在SS中查找纠缠粒子序号字段数值最小的记录SS1，记录SS1中对应的纠缠粒子序号字段的数值，用Con1表示；将制备得到的8DL1个粒子和路由器R_A侧保存的量子序号为Con1到序号为Con1+8DL1-1的8DL1个粒子做贝尔测量，每次测量均可以得到2个经典比特信息，测量完成后可以得到16DL1个比特的经典信息；已经测量完成的粒子从路由器R_A的量子存储空间中删除；在路由器R_A中，已经测量完成的粒子依据其纠缠粒子序号在R_A的映射表TA中删除相应的记录；

步骤2H、在16DL1比特的测量信息前面添加一个量子序号字段，量子序号字段占用4个字节，数值为Con1，将量子序号字段和16DL1比特的测量信息作为数据部分将其封装成一个IP报文发送给路由器R_B；该报文首部中源IP地址为路由器R_A的IP地址，目的IP地址为路由器R_B的IP地址；

步骤2I、路由器R_B从接收到的IP报文中解析出IP报文首部、量子序号字段和16DL1比特的数据信息，解析得到的量子序号字段数值用ConT表示；以两个比特为单位按照顺序将16DL1比特分成8DL1对，每对中包含两个比特；假定，针对每对比特执行步骤2J；

步骤2J、如果第i对比特的数值为00，则对路由器R_B中保存的第ConT+i-1个粒子执行相应的幺正变换，；如果第ConT+i-1对比特的数值为01，则对路由器R_B中保存的第ConT+i-1个粒子执行相应的幺正变换，；如果第ConT+i-1对比特的数值为10，则对路由器R_B中保存的第ConT+i-1个粒子执行相应的幺正变换，；如果第i对比特的数值为11，则对路由器R_B中保存的第ConT+i-1个粒子执行相应的幺正变换，；在路由器R_B的映射表TA中，将第ConT+i-1个粒子对应的纠缠粒子测量情况修改为已测量；

步骤2K、对变换后的每个粒子依次按照基矢和进行测量，测量结果为表示相应比特为0；测量结果为表示相应比特为1；最终可以得到长度为DL1个字节的原始IP报文；

步骤2L、路由器R_B对接收到的IP报文转发到部门B所在的网络中；最终主机Y收到了该IP报文；

步骤2M、在路由器R_B中，以路由器R_B的IP地址作为本VPN路由器的IP地址，以路由器R_A的IP地址作为对端VPN路由器的IP地址，依据本VPN路由器的IP地址和对端VPN路由器的IP地址在映射表TA中查询纠缠粒子测量情况为1的所有记录SST，在SST中查找纠缠粒子序号字段数值最小的记录SST1，记录SST1中对应的纠缠粒子序号字段的数值，用Con2表示；同理，在路由器R_B的映射表TA中，依据路由器R_B的IP地址和路由器R_A的IP地址查询纠缠粒子测量情况为0的所有记录SSTT，在SSTT中查找纠缠粒子序号字段数值最小的记录SSTT1，记录SSTT1中对应的纠缠粒子序号字段的数值，用Con3表示；如果Con2小于Con3，执行步骤2N；否则，执行步骤2P；

步骤2N、将路由器R_B的第Con2个粒子从路由器R_B的量子存储空间中删除，同时，在路由器R_B的映射表TA中删除纠缠粒子序号为Con2的记录，执行步骤2O；

步骤2O、将Con2的数值加1，如果Con2小于Con3，执行步骤2N；否则，执行步骤2P；

步骤2P、如果缓存队列HC不为空，执行步骤2B；如果缓存队列HC为空，则此次数据处理完成；

在步骤2D中，路由器R_A的映射表TY和映射表TA的更新过程主要进行如下步骤：

步骤31、在路由器R_A中，以路由器R_A的IP地址作为本VPN路由器的IP地址，以路由器R_B的IP地址作为对端VPN路由器的IP地址，依据本VPN路由器的IP地址和对端VPN路由器的IP地址在映射表TY中查询到对应的记录，将该记录中剩余纠缠粒子数字段的数值增加10000；

步骤32、依据本VPN路由器的IP地址和对端VPN路由器的IP地址在路由器R_A的映射表TA中查询纠缠粒子序号字段数值最大的记录，该记录对应的纠缠粒子序号字段的数值为NN；将j的数值设置为NN+1，执行步骤33；

步骤33、在映射表TA中增加1条记录，在该记录中，本VPN路由器的IP地址字段为R_A的IP地址，对端VPN路由器的IP地址字段为R_B的IP地址，纠缠粒子序号字段的数值为j，纠缠粒子测量情况字段为0；执行步骤34；

步骤34、将j的数值加1，如果（j-NN）大于10000，映射表TA更新完成；否则，执行步骤33；

在步骤2D中，路由器R_B的映射表TY和映射表TA的更新过程主要进行如下步骤：

步骤41、路由器R_B收到路由器R_A发送的粒子分配通知报文后，通过对该IP报文进行解析，能够得到路由器R_A的IP地址，并能够从数据部分得到两个字段，第一个字段的数值为0x01，表示该报文为粒子分配通知报文；第二个字段的数值为10000，表示路由器R_A给路由器R_B分配了10000个纠缠粒子；

步骤42、在路由器R_B中，以路由器R_B的IP地址作为本VPN路由器的IP地址，以路由器R_A的IP地址作为对端VPN路由器的IP地址，依据本VPN路由器的IP地址和对端VPN路由器的IP地址在映射表TY中查询到对应的记录，将该记录中剩余纠缠粒子数字段的数值增加10000；

步骤43、依据本VPN路由器的IP地址和对端VPN路由器的IP地址在路由器R_B的映射表TA中查询纠缠粒子序号字段数值最大的记录，该记录对应的纠缠粒子序号字段的数值为NNN；将j的数值设置为NNN+1，执行步骤44；

步骤44、在映射表TA中增加1条记录，在该记录中，本VPN路由器的IP地址字段为R_B的IP地址，对端VPN路由器的IP地址字段为R_A的IP地址，纠缠粒子序号字段的数值为j，纠缠粒子测量情况字段为0；执行步骤45；

步骤45、将j的数值加1，如果(j-NNN)大于10000，映射表TA更新完成；否则，执行步骤44。