[发明专利]基于量子分发的多波排序安全通信方法

说明书

本发明公开了一种基于量子分发的多波排序安全通信方法，由发送方和接收方执行，通信双方建立量子真随机数同步共享机制，将通信数据拆分成数据块、将数据块按照复用波长数量拆分成数据段，将量子真随机数按定长转化为序号数字，用以从预先商定的排序法则库内提取的排序法则；根据排序法则对数据块内数据段进行排序并逐一调制于不同波长载波；分别探测各波长信号、解译数据段、根据量子真随机数序号对应的排序法则将数据段重组为数据块、将数据块还原为原始通信数据。本发明有效结合波分复用技术、隐藏编码技术和量子通信技术，既成倍提升了单通道通信数据传输速率，又通过增加系统复杂性的方式进一步提升通信数据传输的安全性，有望解决现有量子通信系统速率较低、扩容性较差等技术问题，为以光纤通信为代表的通信网络应用提供全新的隐蔽安全数据传输方案。

技术领域

本发明属于光纤通信和量子通信学科领域，具体是指一种利用量子分发实现远端用户信息同步、将通信数据按序加载在多个波长、通信双方通过量子真随机数同步共享确立波分排序法则、实现高速明文信息隐蔽安全传输的通信方法，尤其涉及一种对关键数据基于量子分发的多波排序安全通信方法、系统及存储介质。

背景技术

量子通信技术的核心是为通信双方建立保真无损地量子态同步共享机制(量子分发)，并根据量子态的实时变化情况确定是否存在针对传输信道的窃听攻击和环境扰动。实时分发的量子态既可携带明文信息实现高安全等级数据传输(量子直接通信)，亦能生成同步共享的量子真随机数(量子密钥分发)。以海森堡测不准原理、量子不可分离原理、量子不可克隆原理为基础的量子直接通信和量子密钥分发理论上具备无条件安全性，是信道安全通信的重要手段。

受限于量子光源输出重复频率、单光子探测器探测效率、传输信道(光纤)损耗等因素制约，“一次一密”工作模式下的量子保密通信速率始终限制在1kbps@100km量级，难以满足现代通信网络的高速数据传输需求；另一方面，光纤通信中较为成熟的波分复用技术为提升单光纤数据传输速率提供了契机。

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系统实现通信双方量子真随机数同步共享(量子分发)；对通信数据做分块处理、用不同波长载波传输块内不同数据片段、根据量子真随机数生成的序号对复用波长-数据片段对应关系进行实时更新(波分排序)；按照量子真随机数序号探测各波长信号、排序解析数据块并还原原始数据(数据还原)。

为了达到上述效果，本发明提供的基于量子分发的多波排序安全通信方法，由发送方和接收方执行，通信双方建立量子真随机数同步共享机制，将通信数据拆分成数据块、将数据块按照复用波长数量拆分成数据段，将量子真随机数按定长转化为序号数字，用以从预先商定的排序法则库内提取的排序法则；根据排序法则对数据块内数据段进行排序并逐一调制于不同波长载波；分别探测各波长信号、解译数据段、根据量子真随机数序号对应的排序法则将数据段重组为数据块、将数据块还原为原始通信数据。

优选的，上述方法具体包括：

步骤一、量子分发，通过量子态传递实现通信双方真随机数同步共享；

步骤二、波分排序，将通信数据拆分成数据块、将数据块按照复用波长数量拆分成数据段、根据量子真随机数序号选取排序法则、将各数据段按序加载在不同波长载波上；

步骤三、数据还原，分别探测各波长携带的数据段、按序将数据段重组为数据块、将数据块还原为原始通信数据。

优选的，上述同步共享机制通过传统量子密钥分发系统实现，通过量子密钥分发协议获取实时共享量子真随机数。

优选的，上述每个数据段包含几位数据或只包含一位数据。

优选的，上述通信双方之间由独立地量子信道互联；通信双方共享信息满足不可克隆要求和不可复制要求；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。