CN104518866A - 一种量子密钥分发终端和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种量子密钥分发终端和系统，将量子密钥分发系统中的光学收发装置和电子学板卡通过电子学背板有机地整合成一个整体，提供了一种结构紧凑、集成度高的量子密钥分发终端，可以实现对量子密钥分发系统中的各组成器件统一测试、维护和管理，实现了密钥分发系统的一体化和终端化，还可以使用相同的量子密钥分发终端灵活组网，搭建点对点、局域网或者城域网规模的量子密钥分发系统。

Description

一种量子密钥分发终端和系统

技术领域

本发明涉及量子通信技术领域，特别是涉及一种量子密钥分发终端和系统。

背景技术

随着量子通信技术的飞速发展，量子密钥分发（Quantum KeyDistribution，QKD）逐渐成为一项成熟的应用技术。这项技术基于量子的不可克隆原理和测不准原理，其产生的密钥具有理论上的绝对安全性，主要应用于对保密等级要求较高的地方。现有的量子密钥分发硬件设备主要由光学收发装置和电子学板卡组成，所述光学收发装置包括光源板、光路部件和探测器，电子学板卡主要用于数据处理、密钥生成控制和密钥管理等。

使用量子密钥分发硬件设备时，由于电子学板卡和光学收发装置中的各个部件都是独立散列的器件，需要将电子学板卡的多个信号输入/输出接口分别与光学收发装置的光源板、光路部件和探测器相应的接口相连，组成一个量子密钥分发系统，再将组成的量子密钥分发系统进行实际的应用。

本领域技术人员在使用上述量子密钥分发硬件设备时，发现存在如下缺点：

由于组成量子密钥分发系统的电子学板卡、光源板、光路部件以及探测器散列设置，对整个系统的测试、维护和管理比较分散，不易整体管理；并且在使用多个量子密钥分发系统组成量子密钥分发网络时，各量子密钥分发系统间组网复杂，管理、维护起来也更加困难。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种量子密钥分发终端和系统，系统中各组成器件集成在终端中，易于测试、维护和管理。

一种量子密钥分发终端，所述终端包括：

电子学背板、光学收发装置、电子学板卡、电源、网络接口、密钥应用接口、量子光纤接口以及机箱外壳；

所述电子学背板包括单板互联接口、高速光电接口、探测器接口和电源接口；

所述光学收发装置包括光源板、光路部件和探测器，所述光路部件通过光纤尾纤、光纤法兰分别与光源板和探测器相连；

所述电子学板卡用于执行系统维护与管理、量子密钥分发控制、系统接入、密钥存储及应用以及密钥后处理；

电子学背板将机箱外壳所形成的空间分割成两个独立的空间，其中一部分空间放置光学收发装置，另一部分空间放置电子学板卡，电源放置在任意一部分空间的空位；

电子学背板通过单板互联接口与电子学板卡相连，通过高速光电接口与光学收发装置中的光源板和光路部件相连，通过探测器接口与光学收发装置中的探测器相连，为电子学板卡与光学收发装置之间，各个电子学板卡之间提供信号和数据的交互；

电源接口与电源相连，从电源取电，为电子学背板及与电子学背板相连的终端内其他装置供电；

所述网络接口、密钥应用接口和量子光纤接口均安装在机箱外壳上，用于与外部设备的信息交互；

网络接口与电子学板卡相连，用于量子密钥分发终端与外部设备进行数据交互；

密钥应用接口与电子学板卡相连，用于向量子密钥分发终端外接的通信终端提供量子密钥应用；

量子光纤接口与光路部件相连，用于在多个量子密钥分发终端之间传输光学信号。

可选的，

所述高速光电接口将电子学板卡通过单板互联接口输入的光源驱动信号输出至光源板，所述光源驱动信号用于控制光源板上的激光器发光；

所述探测器接口将探测器输出的探测器计数信号通过单板互联接口输入电子学板卡，所述高速光电接口将电子学板卡通过单板互联接口输出的光学调制器控制信号输出至光路部件；

所述高速光电接口接收光路部件将同步光信号转换成的同步电信号，并通过单板互联接口向电子学板卡输入同步电信号，所述探测器接口将电子学板卡通过单板互联接口输出的探测器控制信号输出至探测器。

可选的，

所述电子学板卡为集成了系统维护与管理、量子密钥分发控制、系统接入、密钥存储及应用以及密钥后处理功能的一块板卡。

可选的，所述电子学板卡包括:

系统维护与管理板卡、量子密钥分发控制板卡、系统接入板卡、密钥存储及应用板卡以及密钥后处理板卡，每个板卡只集成了一种功能。

可选的，所述终端还包括：

维护接口，维护接口安装在机箱外壳上，与电子学背板相连，通过单板互联接口与电子学板卡相连，用于设备日志查询和升级软件。

可选的，所述终端还包括：

两个散热风扇，每个独立空间设置一个散热风扇，两个散热风扇均与电子学背板上的风扇接口相连，从电子学背板取电工作。

可选的，所述机箱外壳还包括：

两个散热窗，散热窗设置的位置与终端内散热风扇设置的位置一致，以提供良好的散热通道。

可选的，所述机箱外壳还包括：

两个机箱侧边耳，用于固定到机柜。

可选的，所述终端还包括：

至少一个防拆探测开关，所述防拆探测开关与电子学板卡相连，用于当机箱盖被强拆开时，向电子学板卡发送传感信号，电子学板卡执行系统管理与维护功能，利用电子学板卡中的备用电池，清除设备所存储的信息。

可选的，所述机箱外壳还包括：

静电接插座，用于防止静电影响。

可选的，所述机箱外壳还包括：

至少一个设备状态指示灯，所述设备状态指示灯与电子学板卡相连。

可选的，所述机箱外壳还包括：

至少一个接口挡板，用于将设置在机箱外壳上的接口锁起来。

一种量子密钥分发系统，所述系统包括：

两个本发明权利要求所述的量子密钥分发终端；

两个量子密钥分发终端的网络接口通过网线相连，为两个量子密钥分发终端提供基矢比对、数据纠错以及隐私放大过程中的数据交换通道；

两个量子密钥分发终端的量子光纤接口通过光纤相连，提供两个量子密钥分发终端传输光学信号的通道；

两个量子密钥分发终端分别通过各自的密钥应用接口与至少一个通信终端相连，提供量子密钥分发系统与通信终端信号和数据交互的通道，为接入量子密钥分发系统的通信终端提供量子密钥应用。

一种量子密钥分发系统，所述系统包括：

至少一个光交换机，至少一个交换机，至少两个本发明权利要求所述的量子密钥分发终端，量子密钥分发控制中心；

所述至少一个交换机用于提供一个经典网络资源；

每个量子密钥分发终端通过所述经典网络资源与量子密钥分发控制中心相连；

光交换机通过光纤与量子密钥分发终端的量子光纤接口相连，为与其连接的量子密钥分发终端提供量子信道的切换；

光交换机之间通过光纤相连，每个光交换机受量子密钥分发控制中心的直接或间接控制；

所述量子密钥分发控制中心用于发送控制信号，所述控制信号用于控制量子密钥分发终端和光交换机的工作状态；

每个量子密钥分发终端通过各自的密钥应用接口与至少一个通信终端相连。

可选的，所述每个光交换机受量子密钥分发控制中心的直接控制：

每个光交换机通过所述经典网络资源与量子密钥分发控制中心直接相连；

量子密钥分发控制中心通过所述经典网络资源直接给光交换机发送控制信号，控制光交换机切换量子信道。

可选的，所述每个光交换机受量子密钥分发控制中心的间接控制：

每个光交换机通过网线与量子密钥分发终端的网络接口相连；

量子密钥分发控制中心将控制信号发送给与其通过所述经典网络资源相连的量子密钥分发终端，量子密钥分发终端将所述控制信号发送到与其通过网线相连的光交换机。

由上述内容可知，本发明有以下有益效果：

本发明提供了一种量子密钥分发终端和系统，将量子密钥分发系统中的光学收发装置和电子学板卡通过电子学背板有机地整合成一个整体，提供了一种结构紧凑、集成度高的量子密钥分发终端，可以实现对量子密钥分发系统中的各组成器件统一测试、维护和管理，实现了密钥分发系统的一体化和终端化，还可以使用相同的量子密钥分发终端灵活组网，搭建点对点、局域网或者城域网规模的量子密钥分发系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种量子密钥分发终端内部结构示意图；

图2为本发明一种量子密钥分发终端机箱外壳结构示意图；

图3为本发明一种量子密钥分发系统实施例二结构示意图；

图4为本发明一种量子密钥分发系统实施例三结构示意图。

图5为本发明一种量子密钥分发系统组成的量子密钥分发网络结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种量子密钥分发终端和系统，系统中各组成器件集成在终端中，易于测试、维护和管理，可实现多个终端灵活组网。

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

图1为本发明一种量子密钥分发终端内部结构示意图，图2为本发明一种量子密钥分发终端机箱外壳结构示意图，所述终端包括：

电子学背板101、光学收发装置102、电子学板卡103、电源104、网络接口105、密钥应用接口106、量子光纤接口107以及机箱外壳108。

所述电子学背板101包括单板互联接口109、高速光电接口110、探测器接口111和电源接口112。

其中，单板互连接口109采用满足先进电信运算架构(AdvancedTelecommunications Computing Architecture，AdvancedTCA)规范的ZD高速连接器；

高速光电接口110采用低电压差分信号（Low Voltage DifferentialSignaling，LVDS）高速接口；

探测器接口111采用同轴连接器或LVDS高速接口；

电源接口112采用ERNI ATCA电源连接器。

实际设计中，上述电子学背板101上各个接口的具体形式应与其相连接的各个电子学板卡、光学收发装置、电源等的对外接口相匹配，此处只是举例说明，其具体形式并不用于限制本发明。

所述光学收发装置102包括光源板113、光路部件114和探测器115，所述光路部件114通过光纤尾纤、光纤法兰分别与光源板113和探测器115相连。

所述电子学板卡103用于执行系统维护与管理、量子密钥分发控制、系统接入、密钥存储及应用以及密钥后处理。

可选的，所述电子学板卡103为集成了系统维护与管理、量子密钥分发控制、系统接入、密钥存储及应用以及密钥后处理功能的一块板卡。

可选的，所述电子学板卡103包括:系统维护与管理板卡116、量子密钥分发控制板卡117、系统接入板卡118、密钥存储及应用板卡119以及密钥后处理板卡120，每个板卡只集成了一种功能。

也就是说，系统维护与管理板卡116执行系统维护与管理功能；

量子密钥分发控制板卡117执行量子密钥分发控制功能；

系统接入板卡118执行系统接入功能；

密钥存储及应用板卡119执行密钥存储及应用功能；

密钥后处理板卡120执行密钥后处理功能。

总之，实际开发中，可综合考虑开发难度、开发成本等因素，将上述这5块电子学板卡的功能集成到1块、2块、3块或4块电子学板卡上，也可以分散到6块、7块或更多的电子学板卡上。

电子学背板101将机箱外壳108所形成的空间分割成两个独立的空间，其中一部分空间放置光学收发装置102，另一部分空间放置电子学板卡103，电源104放置在任意一部分空间的空位。

电子学背板101通过单板互连接口109与电子学板卡103相连，通过高速光电接口110与光学收发装置102中的光源板113和光路部件114相连，通过探测器接口111与光学收发装置102中的探测器115相连，为电子学板卡103与光学收发装置102之间，各个电子学板卡103之间提供信号和数据的交互。

电子学板卡103与电子学背板101通过单板互连接口109进行信号和数据的交互，电子学背板101与光学收发装置102通过高速光电接口110、探测器接口111进行信号和数据的交互。

高速光电接口110将电子学板卡103通过单板互联接口109输入的光源驱动信号输出至光源板113，所述光源驱动信号用于控制光源板113上的激光器发光。

其中，通过修改电子学板卡103的量子密钥分发控制功能，可以改变驱动光源板113的信号频率，使量子密钥分发终端工作在不同的密钥分发频率。

可选的，电子学板卡103为集成了系统维护与管理、量子密钥分发控制、系统接入、密钥存储及应用以及密钥后处理功能的一块板卡。电子学板卡103执行量子密钥分发控制功能时，将光源驱动信号通过单板互联接口109发送到高速光电接口110，高速光电接口110将光源驱动信号输出至光源板113。

可选的，电子学板卡103包括系统维护与管理板卡116、量子密钥分发控制板卡117、系统接入板卡118、密钥存储及应用板卡119以及密钥后处理板卡120多个板卡。量子密钥分发控制板卡117将光源驱动信号通过单板互联接口109发送到高速光电接口110，高速光电接口110将光源驱动信号输出至光源板113，所述光源驱动信号用于控制光源板113上的激光器发光。

探测器接口111将探测器115输出的探测器计数信号通过单板互联接口109输入电子学板卡103，高速光电接口110将电子学板卡103通过单板互联接口109输出的光学调制器控制信号输出至光路部件114，所述光学调制器控制信号用于控制光路部件114中的光学调制器。

可选的，电子学板卡103为集成了系统维护与管理、量子密钥分发控制、系统接入、密钥存储及应用以及密钥后处理功能的一块板卡。电子学板卡103执行量子密钥分发控制功能时，接收探测器115通过探测器接口111和单板互联接口109发送的探测器计数信号，并将光学调制器控制信号通过单板互联接口109和高速光电接口110输出至光路部件114，控制光路部件114中的光学调制器。

可选的，电子学板卡103包括系统维护与管理板卡116、量子密钥分发控制板卡117、系统接入板卡118、密钥存储及应用板卡119以及密钥后处理板卡120多个板卡。量子密钥分发控制板卡117接收探测器115通过探测器接口111和单板互联接口109发送的探测器计数信号，并将光学调制器控制信号通过单板互联接口109和高速光电接口110输出至光路部件114，控制光路部件114中的光学调制器。

高速光电接口110接收光路部件114将同步光信号转换成的同步电信号，并通过单板互联接口109向电子学板卡103输入同步电信号，探测器接口111将电子学板卡103通过单板互联接口109输出的探测器控制信号输出至探测器115。

可选的，电子学板卡103为集成了系统维护与管理、量子密钥分发控制、系统接入、密钥存储及应用以及密钥后处理功能的一块板卡。电子学板卡103执行量子密钥分发控制功能时，接收光路部件114通过高速光电接口110和单板互联接口109输入的同步电信号，并将探测器控制信号通过单板互联接口109和探测器接口111输出至探测器115。

可选的，电子学板卡103包括系统维护与管理板卡116、量子密钥分发控制板卡117、系统接入板卡118、密钥存储及应用板卡119以及密钥后处理板卡120多个板卡。量子密钥分发控制板卡117接收光路部件114通过高速光电接口110和单板互联接口109输入的同步电信号，并将探测器控制信号通过单板互联接口109和探测器接口111输出至探测器115。

需要说明的是，将同步光信号转换成同步电信号通常是通过电路实现的，实际设计中，该功能电路可与光源板113、光路部件114和探测器115的任意一个集成，与高速光电接口110的连接做出相应调整即可，此处只是举例说明，并不用于限制本发明。

电源接口112与电源104相连，从电源104取电，为电子学背板101及与电子学背板101相连的终端内其他装置供电。

所述网络接口105、密钥应用接口106、量子光纤接口107均安装在机箱外壳108上，用于与外部设备进行信息交互。

网络接口105与电子学板卡103相连，用于量子密钥分发终端与外部设备进行数据交互，特别是用于量子密钥分发的经典信道通信。

可选的，电子学板卡103包括系统维护与管理板卡116、量子密钥分发控制板卡117、系统接入板卡118、密钥存储及应用板卡119以及密钥后处理板卡120多个板卡。各个板卡均可以通过网络接口105与外部设备进行数据交互。在这里需要说明的是，网络接口105可以是一个也可是多个，可以是所有的电子学板卡公用一个网络接口105与外部设备进行数据交互；也可以为每一个电子学板卡设置一个与外部设备进行数据交互的网络接口105。

密钥应用接口106与电子学板卡103相连，用于向量子密钥分发终端外接的通信终端提供量子密钥应用。

可选的，电子学板卡103包括系统维护与管理板卡116、量子密钥分发控制板卡117、系统接入板卡118、密钥存储及应用板卡119以及密钥后处理板卡120多个板卡。密钥应用接口106与密钥存储及应用板卡119相连。

量子光纤接口107与光路部件114相连，用于在多个量子密钥分发终端之间传输光学信号，进行量子信道通信。

可选的，所述终端还包括：

维护接口121，维护接口121安装在机箱外壳108上，与电子学背板101相连，通过单板互联接口109与电子学板卡103相连，用于设备日志查询和升级软件。

其中，电子学板卡103包括系统维护与管理板卡116、量子密钥分发控制板卡117、系统接入板卡118、密钥存储及应用板卡119以及密钥后处理板卡120多个板卡。维护接口121通过单板互联接口109与系统维护与管理板卡116相连。

可选的，所述终端还包括：

两个散热风扇122和123，每个独立空间设置一个散热风扇，两个散热风扇122和123均与电子学背板101上的风扇接口124相连，从电子学背板101取电工作。

其中，风扇接口124采用ERNI iBridge连接器。

可选的，所述机箱外壳108还包括：

两个机箱侧边耳207，用于固定到机柜。

量子密钥分发终端工作时大部分时间的放置方式如图2所示，机箱外壳108包括：前盖201，后盖202，上盖203，下盖204，左盖205以及右盖206。机箱外壳108的前盖201设置有两个可拆卸的机箱侧边耳207。

可选的，所述终端还包括：

至少一个防拆探测开关125，所述防拆探测开关125与电子学板卡103相连，用于当机箱盖被强拆开时，向电子学板卡103发送传感信号，电子学板卡103执行系统管理与维护功能，利用电子学板卡103中的备用电池，清除设备所存储的信息，以防重要信息被人窃取。

其中，电子学板卡103包括系统维护与管理板卡116、量子密钥分发控制板卡117、系统接入板卡118、密钥存储及应用板卡119以及密钥后处理板卡120多个板卡。所述防拆探测开关125与系统维护与管理板卡116相连。

可选的，所述机箱外壳108还包括：

静电接插座208，用于防止静电影响。

其中，静电接插座208设置在机箱外壳108的前盖201上，还可以根据实际情况设置在机箱外壳108的其他地方，不仅限于图2所示的位置。

可选的，所述机箱外壳108还包括：

至少一个设备状态指示灯，所述设备状态指示灯与电子学板卡103相连。

其中，设备状态指示灯一般设置在机箱外壳108的前盖201上，便于用户查看设备的运行状态，所述状态指示灯可以具体为LED灯。

其中，电子学板卡103包括系统维护与管理板卡116、量子密钥分发控制板卡117、系统接入板卡118、密钥存储及应用板卡119以及密钥后处理板卡120多个板卡。所述设备状态指示灯与系统维护与管理板卡116相连。

可选的，所述机箱外壳108还包括：

至少一个接口挡板209，用于将设置在机箱外壳108上的接口锁起来。

其中，接口挡板209设置在机箱外壳108的前盖201上，接口挡板209可以将设置在机箱外壳108上用于测试、维护的接口（如维护接口121、专门设置的用于测试的量子光纤接口等）锁起来，专供测试维护人员使用。还可以根据需要设置在机箱外壳108的其他部位，不仅限于图2所示的设置位置。

可选的，所述机箱外壳108还包括：

两个散热窗210。

如图2所示，机箱外壳108的右盖206上还设置有两个散热窗210，散热窗210设置的位置与散热风扇122-123设置的位置一致，以提供良好的散热通道。

由上述内容可知，本发明有如下有益效果：

一方面，将量子密钥分发系统中的光学收发装置和电子学板卡通过电子学背板有机地整合成一个整体，提供了一种结构紧凑、集成度高的量子密钥分发终端，可以实现对量子密钥分发系统中的各组成器件统一测试、维护和管理，实现了密钥分发系统的一体化和终端化；

另一方面，量子密钥分发涉及到多种关键信号的传输，如同步光信号、光源驱动信号、光学调制器控制信号、探测器控制信号、探测器计数信号等，电子学背板只通过单板互联接口、高速光电接口、探测器接口这三个主要功能接口的设计，就实现了电子学板卡与光学收发装置的高效协同工作，特别是高速光电接口的设计兼具功能集成性和信号传输的高速性，这样既能节约成本，又可以兼容高速QKD系统；

另一方面，量子密钥分发终端可根据使用需求，选择单向或双向量子密钥分发，降低设备成本；

又一方面，量子密钥分发终端具有防拆保护功能，当设备受到恶意攻击或窃取资料时，设备可对所存储的信息进行清除；

再一方面，量子密钥分发终端对外接口简单，可以使用相同的量子密钥分发终端灵活组网，搭建点对点、局域网或者城域网规模的量子密钥分发系统或网络。

实施例二

图3为本发明一种量子密钥分发系统实施例二结构示意图，所述系统包括：

两个本发明实施例一所述的量子密钥分发终端301和302。

一个量子密钥分发终端301作为发送方，另一个量子密钥分发终端302作为接收方，也可以两个量子密钥分发终端同时作为发送方和接收方。

两个量子密钥分发终端301和302的网络接口通过网线303相连，为两个量子密钥分发终端提供基矢比对、数据纠错以及隐私放大过程中的数据交换通道。

两个量子密钥分发终端的量子光纤接口通过光纤304相连，提供两个量子密钥分发终端传输光学信号的通道，即量子信道。

两个量子密钥分发终端分别通过各自的密钥应用接口与至少一个通信终端305-310相连，提供量子密钥分发系统与通信终端信号和数据交互的通道，为接入量子密钥分发系统的通信终端提供量子密钥应用。

量子密钥分发终端接收到的启动命令通过各自的网络接口传输至系统接入板卡，经过协议转换后，经电子学背板的单板互联接口传输至量子密钥分发控制板卡。

发送方电子学板卡中的量子密钥分发控制板卡输出光源驱动信号，所述光源驱动信号依次通过电子学背板的单板互联接口和高速光电接口传输至光源板，驱动光源板发出同步光和信号光，同步光和信号光输出至光路部件处理，通过量子光纤接口对外输出。

接收方，一方面通过网络接口以及连接网线303组成的通路与发送方进行数据交互，一方面通过量子光纤接口以及连接光纤304组成的通路接收发送方输出的同步光和信号光。同步光经过接收方的光路部件转换成同步电信号，输入电子学背板上的高速光电接口，通过单板互联接口传输至接收方的量子密钥分发控制板卡；量子密钥分发控制板卡对该同步电信号进行锁相、延时等控制后得到门控信号，该门控信号通过单板互联接口输出到电子学背板，并通过电子学背板上的探测器接口传输至接收方探测器。信号光经过接收方的光路部件处理后，传输给接收方探测器，接收方探测器输出的计数信号依次通过电子学背板的探测器接口以及单板互联接口传输至接收方的量子密钥分发控制板卡；量子密钥分发控制板卡将光学调制器控制信号通过单板互联接口输出到电子学背板，并通过电子学背板上的高速光电接口传输至接收方的光路部件，控制光路部件中的光学调制器。

获得的初始密钥数据在密钥后处理板卡中进行基矢比对、数据纠错、隐私放大等后处理操作，处理后得到的最终密钥存储到密钥存储及应用板卡。密钥存储及应用板卡与密钥应用接口相连，可向外接的传真机305和308、电话机306和309以及PC机307和310等通信终端提供量子密钥应用。

实施例三

图4为本发明一种量子密钥分发系统实施例三结构示意图，所述系统包括：

至少一个交换机401，至少一个光交换机402，至少两个本发明实施例一所述的量子密钥分发终端403和404，一个量子密钥分发控制中心405。

如图4所示，交换机401、光交换机402、本发明实施例一所述的量子密钥分发终端403和404、量子密钥分发控制中心405，即可组成1个量子密钥分发局域网。这里需要说明的是，量子密钥分发终端的个数不限于图4中所示的两个，还可以有更多。

同样图5中，交换机501、光交换机502、本发明实施例一所述的量子密钥分发终端503和504、量子密钥分发控制中心405，即可组成另1个量子密钥分发局域网。

在图5所示的量子密钥分发网络中，量子密钥分发控制中心405进行统一管理，由交换机401和交换机501提供经典网络资源505，每个量子密钥分发终端通过经典网络资源505与量子密钥分发控制中心405相连，光交换机402通过光纤与量子密钥分发终端403和404的量子光纤接口相连，光交换机502通过光纤与量子密钥分发终端503和504的量子光纤接口相连，光交换机402和光交换机502通过光纤相连，即可组成更大规模的量子密钥分发网络，如量子密钥分发广域网、量子密钥分发城域网等。其中，经典网络资源505中交换机的个数视网络规模而定，如果设备接入点多就要相应增加交换机的数量，以满足对经典网络资源（例如，网络接口）的需求。

在该量子密钥分发网络中，量子密钥分发终端403和404在1个量子密钥分发局域网，可以进行点对点的量子密钥分发以及相关的密钥应用；同理，量子密钥分发终端503和504在另1个量子密钥分发局域网，可以进行点对点的量子密钥分发以及相关的密钥应用。

如果量子密钥分发终端个数达到或超过3台，就需要对量子信道进行切换，切换是由量子密钥分发控制中心405通过经典网络资源505统一控制执行的。量子密钥分发控制中心405通过经典网络资源505向光交换机发送控制信号，控制光交换机切换量子信道。

每个光交换机受量子密钥分发控制中心405的直接或间接控制。

当量子密钥分发控制中心405通过经典网络资源505与光交换机直接相连时，通过经典网络资源505直接给光交换机发送控制信号，控制光交换机切换量子信道。

当光交换机受量子密钥分发控制中心405的间接控制时，可能的连接方式为：

每个光交换机通过网线与量子密钥分发终端的网络接口相连；

量子密钥分发控制中心405将控制信号发送给与其通过经典网络资源505相连的量子密钥分发终端，量子密钥分发终端将所述控制信号发送到与其通过网线相连的光交换机。

图5所示的是光交换机受量子密钥分发控制中心405直接控制时的一种可能的连接方式，其他连接方式不再进行附图说明，以说明书描述为准。

每个量子密钥分发终端通过各自的密钥应用接口与至少一个通信终端相连。

量子密钥分发终端403与外部通信终端406-408相连，量子密钥分发终端404与外部通信终端409-411相连，量子密钥分发终端503与外部通信终端506-508相连，量子密钥分发终端504与外部通信终端509-511相连，实际应用过程中，并不仅限于上述连接方式，还有其他的连接方式，这里不再一一赘述。

图5中，只有两个光交换机彼此相连，两个交换机提供经典网络资源，在所搭建的量子密钥分发系统中，还可以有多个交换机和光交换机。

所述交换机用于提供经典网络资源505。

所述光交换机用于为与其连接的量子密钥分发终端提供光纤互连以及量子信道的切换。

所述量子密钥分发控制中心405用于发送控制信号，所述控制信号用于控制量子密钥分发终端和光交换机的工作状态。

其中，量子密钥分发控制中心405统一管理、协调与配置量子密钥分发局域网或更大规模的量子密钥分发网络中的量子密钥分发终端和光交换机的工作状态，实现对量子密钥分发局域网内的量子密钥分发或跨量子密钥分发局域网的更大规模的量子密钥分发网络的量子密钥分发的控制。比如，量子密钥分发控制中心405可以控制光交换机402和光交换机502，使得量子密钥分发终端403和量子密钥分发终端504之间搭建量子信道，而使得量子密钥分发终端404和量子密钥分发终端503之间不搭建量子信道；同时，量子密钥分发终端403和量子密钥分发终端504通过经典网络资源505相连。则量子密钥分发终端403和量子密钥分发终端504组成一个量子密钥分发系统。每个光交换机所连接的量子密钥分发终端不仅限于两个，还可以为多个，管理控制所连接的多个量子密钥分发终端与上述内容类似，这里不再赘述。

这里需要说明的是，上述实例只限于对本发明进行解释说明，并不仅限于上述实例的实施方式，还有其他类似的实施方式，这里不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种量子密钥分发终端，其特征在于，所述终端包括：

电子学背板、光学收发装置、电子学板卡、电源、网络接口、密钥应用接口、量子光纤接口以及机箱外壳；

所述电子学背板包括单板互联接口、高速光电接口、探测器接口和电源接口；

所述光学收发装置包括光源板、光路部件和探测器，所述光路部件通过光纤尾纤、光纤法兰分别与光源板和探测器相连；

所述电子学板卡用于执行系统维护与管理、量子密钥分发控制、系统接入、密钥存储及应用以及密钥后处理；

电子学背板将机箱外壳所形成的空间分割成两个独立的空间，其中一部分空间放置光学收发装置，另一部分空间放置电子学板卡，电源放置在任意一部分空间的空位；

电子学背板通过单板互联接口与电子学板卡相连，通过高速光电接口与光学收发装置中的光源板和光路部件相连，通过探测器接口与光学收发装置中的探测器相连，为电子学板卡与光学收发装置之间，各个电子学板卡之间提供信号和数据的交互；

电源接口与电源相连，从电源取电，为电子学背板及与电子学背板相连的终端内其他装置供电；

所述网络接口、密钥应用接口和量子光纤接口均安装在机箱外壳上，用于与外部设备的信息交互；

网络接口与电子学板卡相连，用于量子密钥分发终端与外部设备进行数据交互；

密钥应用接口与电子学板卡相连，用于向量子密钥分发终端外接的通信终端提供量子密钥应用；

量子光纤接口与光路部件相连，用于在多个量子密钥分发终端之间传输光学信号。

2.根据权利要求1所述的终端，其特征在于，

所述高速光电接口将电子学板卡通过单板互联接口输入的光源驱动信号输出至光源板，所述光源驱动信号用于控制光源板上的激光器发光；

所述探测器接口将探测器输出的探测器计数信号通过单板互联接口输入电子学板卡，所述高速光电接口将电子学板卡通过单板互联接口输出的光学调制器控制信号输出至光路部件；

所述高速光电接口接收光路部件将同步光信号转换成的同步电信号，并通过单板互联接口向电子学板卡输入同步电信号，所述探测器接口将电子学板卡通过单板互联接口输出的探测器控制信号输出至探测器。

3.根据权利要求1所述的终端，其特征在于，

所述电子学板卡为集成了系统维护与管理、量子密钥分发控制、系统接入、密钥存储及应用以及密钥后处理功能的一块板卡。

4.根据权利要求1所述的终端，其特征在于，所述电子学板卡包括:

系统维护与管理板卡、量子密钥分发控制板卡、系统接入板卡、密钥存储及应用板卡以及密钥后处理板卡，每个板卡只集成了一种功能。

5.根据权利要求1所述的终端，其特征在于，所述终端还包括：

维护接口，维护接口安装在机箱外壳上，与电子学背板相连，通过单板互联接口与电子学板卡相连，用于设备日志查询和升级软件。

6.根据权利要求1所述的终端，其特征在于，所述终端还包括：

两个散热风扇，每个独立空间设置一个散热风扇，两个散热风扇均与电子学背板上的风扇接口相连，从电子学背板取电工作。

7.根据权利要求6所述的终端，其特征在于，所述机箱外壳还包括：

两个散热窗，散热窗设置的位置与终端内散热风扇设置的位置一致，以提供良好的散热通道。

8.根据权利要求1所述的终端，其特征在于，所述机箱外壳还包括：

两个机箱侧边耳，用于固定到机柜。

9.根据权利要求1所述的终端，其特征在于，所述终端还包括：

至少一个防拆探测开关，所述防拆探测开关与电子学板卡相连，用于当机箱盖被强拆开时，向电子学板卡发送传感信号，电子学板卡执行系统管理与维护功能，利用电子学板卡中的备用电池，清除设备所存储的信息。

10.根据权利要求1所述的终端，其特征在于，所述机箱外壳还包括：

静电接插座，用于防止静电影响。

11.根据权利要求1所述的终端，其特征在于，所述机箱外壳还包括：

至少一个设备状态指示灯，所述设备状态指示灯与电子学板卡相连。

12.根据权利要求1-11任意一项所述的终端，其特征在于，所述机箱外壳还包括：

至少一个接口挡板，用于将设置在机箱外壳上的接口锁起来。

13.一种量子密钥分发系统，其特征在于，所述系统包括：

两个权利要求1-12任意一项所述的量子密钥分发终端；

两个量子密钥分发终端的网络接口通过网线相连，为两个量子密钥分发终端提供基矢比对、数据纠错以及隐私放大过程中的数据交换通道；

两个量子密钥分发终端的量子光纤接口通过光纤相连，提供两个量子密钥分发终端传输光学信号的通道；

两个量子密钥分发终端分别通过各自的密钥应用接口与至少一个通信终端相连，提供量子密钥分发系统与通信终端信号和数据交互的通道，为接入量子密钥分发系统的通信终端提供量子密钥应用。

14.一种量子密钥分发系统，其特征在于，所述系统包括：

至少一个光交换机，至少一个交换机，至少两个权利要求1-12任意一项所述的量子密钥分发终端，量子密钥分发控制中心；

所述至少一个交换机用于提供一个经典网络资源；

每个量子密钥分发终端通过所述经典网络资源与量子密钥分发控制中心相连；

光交换机通过光纤与量子密钥分发终端的量子光纤接口相连，为与其连接的量子密钥分发终端提供量子信道的切换；

光交换机之间通过光纤相连，每个光交换机受量子密钥分发控制中心的直接或间接控制；

所述量子密钥分发控制中心用于发送控制信号，所述控制信号用于控制量子密钥分发终端和光交换机的工作状态；

每个量子密钥分发终端通过各自的密钥应用接口与至少一个通信终端相连。

15.根据权利要求14所述的系统，所述每个光交换机受量子密钥分发控制中心的直接控制，其特征在于，

每个光交换机通过所述经典网络资源与量子密钥分发控制中心直接相连；

量子密钥分发控制中心通过所述经典网络资源直接给光交换机发送控制信号，控制光交换机切换量子信道。

16.根据权利要求14所述的系统，所述每个光交换机受量子密钥分发控制中心的间接控制，其特征在于，

每个光交换机通过网线与量子密钥分发终端的网络接口相连；

量子密钥分发控制中心将控制信号发送给与其通过所述经典网络资源相连的量子密钥分发终端，量子密钥分发终端将所述控制信号发送到与其通过网线相连的光交换机。