[发明专利]电光双载波自由空间量子加密通信方法

说明书

本发明公开了一种电光双载波自由空间量子加密通信方法、系统及存储介质，依托包含无线电通信模块和量子密钥分发模块的无线通信系统实施：量子密钥分发模块搜寻跟瞄视距范围内的固定接入站，建立自由空间光学信道连接后即实施双工双向量子密钥分发并将有效密钥自动存入量子密钥池中；无线电通信模块按序调用量子密钥池内的有效量子密钥，并通过无线接入站点与同一量子密钥自洽域内的所有设备开展“一次一密”通信业务。本发明紧密结合了无线电通信随遇接入灵活可控的技术优势和自由空间量子密钥分发的安全属性，有效利用自由空间光载波的带宽优势弥补光学信道的非全天候连接劣势，为无线通信系统开辟量子保密通信业务奠定坚实基础。

技术领域

本发明属于无线电通信、自由空间光通信和量子通信的交叉学科领域，具体是指一种利用光量子载波实现量子密钥分发、利用无线电载波实现密文信息传输的自由空间量子保密通信方法，尤其涉及一种对关键数据电光双载波自由空间量子加密通信方法、系统及存储介质。

背景技术

量子通信主要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，理论上具备无条件安全信息传输能力，能够有效防止窃听者在不引起通信双方觉察的情况下对通信信号进行拦截、窃听、解译和修改。现阶段最成熟的是量子保密通信技术，将量子密钥分发技术和经典通信技术有机结合，“一次一密”工作模式下同样具有数学可证明无条件安全信息传输能力。

量子密钥分发是量子保密通信的核心，现阶段主流量子密钥分发系统主要以光量子为量子态信息载体(载波)。按照应用场景，又可将量子密钥分发系统分为光纤量子密钥分发系统和自由空间量子密钥分发系统，分别面向固网光缆量子保密通信和自由空间量子保密通信，前者相对较为成熟，后者则受到多种因素制约发展缓慢。需要注意的是，当前技术难以产生能够携带量子态信息的电量子(载波)，现阶段缺乏一种有效的基于无线电通信信道的自由空间量子保密通信手段。

发明内容

针对现有技术，本发明要解决的技术问题是如何利用量子密钥分发模块搜寻跟踪视距范围内的固定接入站，通过自由空间光学信道连接到量子密钥自洽域(自洽域内所有设备通过实时分发或密钥充存建立量子密钥交换机制)并实时量子密钥分发和量子密钥存储；无线电通信模块按序调用有效量子密钥、连接最近无线接入站点、与无线接入站点所处量子密钥自洽域内的所有设备开通自由空间量子保密通信业务。

为了达到上述效果，本发明提供的电光双载波自由空间量子加密通信方法，由无线通信系统执行，通过自由空间光学信道与固定接入站分发存储量子密钥，同时将量子加密的明文信息通过无线电通信链路传输，与固定接入站所处量子密钥自洽域内任意设备开通的量子保密通信业务，所述无线通信系统和固定接入站通过自由空间光学信道连接，量子密钥分发模块一经连接即开始量子密钥分发、协商纠错和信息后处理，生成的有效密钥按序充入量子密钥池。

优选的，上述方法具体包括：

步骤一、自由空间量子密钥分发充存，即无线通信系统中的量子密钥分发模块搜寻跟瞄视距范围内的固定接入站，建立自由空间光学信道连接后即实施双工双向量子密钥分发并将有效密钥自动存入量子密钥池中；

步骤二、无线电量子保密通信，无线电通信模块按序调用量子密钥池内的有效量子密钥，并通过无线接入站点与同一量子密钥自洽域内的所有设备开展单次保密通信业务。

优选的，上述通信双方共享信息满足不可克隆要求和不可复制要求，所述通信双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；

优选的，上述信息载体包括但不限于光量子、自旋电子；

优选的，上述量子信道包括但不限于光纤、电缆、自由空间；