[发明专利]基于卫星中继的量子通信网络及组网方法

说明书

本发明公开了一种基于卫星中继的量子通信网络及其组网方法中，其采用量子密钥对通信数据进行加密以保证通信数据在传输过程中的无条件安全；通过采用卫星中继分发的自由空间组网模式，能够克服地理条件和通信距离限制，降低网络部署成本；并且通过实时监控各网络节点链路运行状态，并为网络提供包括自由空间传输信道和光纤传输信道在内的多种传输信道选择，使得允许根据网络链路运行状态为量子密钥分发选择合适的传输信道，从而极大提升网络运行稳定性，提高其抗DDoS攻击的能力，使其能够适应各种复杂的实际应用环境，扩展其应用范围。

技术领域

本发明涉及量子通信领域，尤其涉及一种基于卫星中继的量子通信网络及其组网方法，具体涉及两个或多个不同量子保密通信网络间通过卫星中继、分发密钥的组网结构及方法。

背景技术

网络信息安全关系到国家安全，也与我们每个人的生活息息相关，防止信息在传输过程中被窃听或者篡改是信息安全的最基本组成部分。目前绝大部分防窃听手段都是建立在以计算复杂性为根本的非对称密钥基础上，确保窃听者在没有私钥的情况下，即使窃取了密文在短时间内也无法破译信息的内容。伴随计算能力的提升，这种基于计算复杂性的经典加密方式理论上是可以被破解的，传统的网络信息加密方式面临现实威胁。

香农定理指出，采用一次一密的加密方式是绝对安全的，然而采用这种加密方式，密钥的安全传输成为了新的挑战。量子力学为我们提供了安全传输密钥的新方式——量子保密通信。光信号由于具有良好的传输特性被广泛应用于量子保密通信网络中，基于叠加态原理、海森堡不确定性原理、单光子不可克隆、不可分割的定理的量子保密通信保证了通信密钥不可以被窃取、复制和计算破解，保证了信息的无条件安全。按照通信信道的不同，量子保密通信网络的组网方式可以分为光纤传输和自由空间传输两种方式，现有量子保密通信网络组网的技术方案主要采用了光纤传输密钥的方式和点对点的自由空间传输方式。

基于光纤信道的网络不易受到温度、湿度、天气等因素的限制，稳定性较好，但是光纤传输的方式也面临着众多问题。首先，量子保密通信采用的信号源为单光子源或者是弱相干激光，单光子在普通通信光纤中传输距离一般不超过10公里，光纤信道较高的衰减限制了信号的传输距离。即使采用诱骗态编码协议能实现百公里量级的密钥传输，但是要实现全球组网，依然要依赖大量的可信中继站，建设成本高，还存在失密的风险。其次，光纤的铺设还受到地理条件的限制，岛屿、海外和偏远地区尚不能接入保密通信网络，要组建全球量子加密通信网络必须克服光纤受地理条件限制和传输距离短的弊端。

发明内容

随着量子通信技术的发展，近年来还提出基于量子卫星实现的星载解决方案，并在理论和实验中验证了其可行性。在此基础上，本发明提出了一种具体的、基于卫星实现中继和分发过程的量子通信网络架构及其方法，以便能够在有效保障网络运行稳定性、安全性的前提下，极大降低量子通信网络部署成本和地理条件及通信距离的限制，实现全球量子通信网络的组网。

本发明的第一方面涉及一种基于卫星中继的量子通信网络，其包括客户端、量子信息传输信道和经典信息传输信道；

所述客户端被设置用于生成通信请求，以及收发通信数据；

所述量子信息传输信道被设置用于根据所述通信请求，利用量子光信号生成量子密钥，并利用所述量子密钥对所述通信数据进行加解密运算，以便能够以加密的方式安全传输所述通信数据；

其中，所述量子信息传输信道还被设置成为所述量子光信号提供多种传输信道，以及对网络链路状态进行监控，并根据所述网络链路状态从所述多种传输信道中选择用于所述量子光信号的传输信道，所述多种传输信道包括光纤传输信道和自由空间传输信道。

进一步地，所述量子信息传输信道包括量子加密应用设备、量子密钥管理设备、量子密钥收发设备、卫星及量子密钥管控中心；

所述量子加密应用设备被设置成连接所述客户端，用于收发所述通信数据，并利用所述量子密钥对所述通信数据进行加解密运算；