CN107483192B - 一种基于量子通讯的数据传输方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于量子通讯的数据传输方法，应用于第一通信端，包括以下步骤：使用第一传统密钥对目标数据进行加密处理；将获得的第一加密数据发送给第二通信端，以使第二通信端使用第一传统密钥对第一加密数据进行解密处理，获得目标数据；第一通信端使用量子密钥对第一密钥池中的传统密钥集合进行量子加密处理，将获得的第二加密数据发送给第二通信端，以使第二通信端使用量子密钥对第二加密数据进行解密处理，获得传统密钥集合，传统密钥集合包含第一传统密钥。应用本发明实施例所提供的技术方案，提高了量子保密通讯系统的密钥量，可以保证量子保密通讯系统的正常运行。本发明还公开了一种基于量子通讯的数据传输装置，具有相应技术效果。

Description

一种基于量子通讯的数据传输方法及装置

技术领域

本发明涉及量子通讯技术领域，特别是涉及一种基于量子通讯的数据传输方法及装置。

背景技术

随着通讯技术的快速发展，量子通讯技术也得到了快速发展。量子通讯技术是目前安全性得到严格证明的一种通讯安全技术，已达到实用化、产业化水平。量子保密通讯是基于量子密钥分发的密码通讯解决方案。即使用量子态产生量子密钥，使用量子密钥对需要传输的数据进行量子加密处理后传输。量子通讯技术的安全性保障了量子密钥的安全性，从而保障了加密后要传输的数据的安全性。

虽然上述这种方法具有较好的安全性，但因为需要通过一条专用的光纤生成并传输量子密钥，而受技术限制使得量子密钥生成设备的成本较高，另外，量子密钥的成码率对环境因素的影响较为敏感，在距离过远或者光纤链路质量较差的环境下容易出现成码率过低的问题。

在实际应用中，如果用户需求的量子密钥的数量较大而量子密钥的成码率过低，则将导致量子密钥生成速度低于消耗速度，最终导致量子密钥耗尽无法使用，影响量子保密通讯系统的正常运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于量子通讯的数据传输方法及装置，以提高量子保密通讯系统的密钥量，避免出现量子密钥耗尽无法使用的问题，保证量子保密通讯系统的正常运行。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种基于量子通讯的数据传输方法，应用于第一通信端，包括：

确定待发送的目标数据；

使用预先获得的第一密钥池中的第一传统密钥对所述目标数据进行加密处理，获得第一加密数据，所述第一传统密钥为在所述第一密钥池中的传统密钥中选择的一个传统密钥；

将所述第一加密数据发送给第二通信端，以使所述第二通信端使用预先获得的所述第一传统密钥对所述第一加密数据进行解密处理，获得所述目标数据；

其中，所述第一密钥池中存储有一个或多个预先生成的传统密钥，所述第一通信端使用预先获得的量子密钥对所述第一密钥池中的传统密钥集合进行量子加密处理，获得第二加密数据，将所述第二加密数据发送给所述第二通信端，以使所述第二通信端使用预先获得的所述量子密钥对所述第二加密数据进行解密处理，获得所述传统密钥集合，所述传统密钥集合包含所述第一传统密钥。

在本发明的一种具体实施方式中，所述第一密钥池中的每个传统密钥均为随机生成的字符串。

在本发明的一种具体实施方式中，所述第一密钥池中的每个传统密钥的格式与所述量子密钥的格式相同。

在本发明的一种具体实施方式中，在将所述第一加密数据发送给第二通信端之前，还包括：

将所述量子密钥通过量子信道发送给所述第二通信端。

在本发明的一种具体实施方式中，所述传统密钥集合中的传统密钥为所述第一密钥池中的部分或全部传统密钥。

一种基于量子通讯的数据传输装置，应用于第一通信端，包括：

目标数据确定模块，用于确定待发送的目标数据；

加密数据获得模块，用于使用预先获得的第一密钥池中的第一传统密钥对所述目标数据进行加密处理，获得第一加密数据，所述第一传统密钥为在所述第一密钥池中的传统密钥中选择的一个传统密钥；

加密数据发送模块，用于将所述第一加密数据发送给第二通信端，以使所述第二通信端使用预先获得的所述第一传统密钥对所述第一加密数据进行解密处理，获得所述目标数据；

其中，所述第一密钥池中存储有一个或多个预先生成的传统密钥，所述第一通信端使用预先获得的量子密钥对所述第一密钥池中的传统密钥集合进行量子加密处理，获得第二加密数据，将所述第二加密数据发送给所述第二通信端，以使所述第二通信端使用预先获得的所述量子密钥对所述第二加密数据进行解密处理，获得所述传统密钥集合，所述传统密钥集合包含所述第一传统密钥。

在本发明的一种具体实施方式中，所述第一密钥池中的每个传统密钥均为随机生成的字符串。

在本发明的一种具体实施方式中，所述第一密钥池中的每个传统密钥的格式与所述量子密钥的格式相同。

在本发明的一种具体实施方式中，还包括量子密钥发送模块，用于：

在将所述第一加密数据发送给第二通信端之前，将所述量子密钥通过量子信道发送给所述第二通信端。

在本发明的一种具体实施方式中，所述传统密钥集合中的传统密钥为所述第一密钥池中的部分或全部传统密钥。

应用本发明实施例所提供的技术方案，第一通信端预先获得的第一密钥池中存储有一个或多个预先生成的传统密钥，第一通信端使用预先获得的量子密钥对第一密钥池中的传统密钥集合进行量子加密处理，获得第二加密数据，将第二加密数据发送给第二通信端，第二通信端使用预先获得的量子密钥对第二加密数据进行解密处理，获得传统密钥集合，传统密钥集合包含第一传统密钥。第一通信端在确定待发送的目标数据后，可以使用预先获得的第一密钥池中的第一传统密钥对目标数据进行加密处理，获得第一加密数据，将第一加密数据发送给第二通信端，第二通信端使用第一传统密钥对第一加密数据进行解密处理，获得目标数据。第一通信端通过量子密钥加密传统密钥后，传输给第二通信端，基于量子密钥的安全性，保证了经过量子加密处理后传输的传统密钥的安全性，相当于一个量子密钥扩展成了N个与量子密钥具有同等安全的可用密钥，提高了量子保密通讯系统的密钥量，避免出现量子密钥耗尽无法使用的问题，可以保证量子保密通讯系统的正常运行。

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为本发明实施例中一种基于量子通讯的数据传输方法的实施流程图；

图2为本发明实施例中量子保密通讯系统的一种结构示意图；

图3为本发明实施例中一种基于量子通讯的数据传输装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种基于量子通讯的数据传输方法，该方法可以应用于第一通信端，第一通信端与第二通信端之间可以进行数据传输。在实际应用中，数据发送端均可作为第一通信端，数据接收端均可作为第二通信端。

参见图1所示，为本发明实施例所提供的一种基于量子通讯的数据传输方法的实施流程图，该方法可以包括以下步骤：

S110：确定待发送的目标数据。

在有数据需要传输时，第一通信端可以确定待发送给第二通信端的目标数据。

S120：使用预先获得的第一密钥池中的第一传统密钥对目标数据进行加密处理，获得第一加密数据。

其中，第一密钥池中存储有一个或多个预先生成的传统密钥，第一通信端使用预先获得的量子密钥对第一密钥池中的传统密钥集合进行量子加密处理，获得第二加密数据，将第二加密数据发送给第二通信端，以使第二通信端使用预先获得的量子密钥对第二加密数据进行解密处理，获得传统密钥集合，传统密钥集合包含第一传统密钥。

第一传统密钥为在第一密钥池中的传统密钥中选择的一个传统密钥。

第一通信端可以预先获得第一密钥池，第一密钥池中存储有预先生成的多个传统密钥。第一通信端在第一密钥池中的传统密钥中选择一个传统密钥，将其作为第一传统密钥，使用第一传统密钥对目标数据进行加密处理，可以获得第一加密数据。

在本发明实施例中，第一通信端可以根据实际需要预先生成传统密钥，并将生成的传统密钥加入到第一密钥池中。第一密钥池中的每个传统密钥可以均为随机生成的字符串。具体的，可以是利用伪随机函数生成的字符串。

另外，生成字符串后，可以对字符串进行格式化处理，使得第一密钥池中的每个传统密钥的格式与量子密钥的格式相同。

第一通信端作为数据发送端，可以从第一密钥池中的传统密钥中选择一个传统密钥提供给加密算法对要传输的数据进行加密使用。

第一通信端可以通过现有技术预先获得量子密钥，使用量子密钥对第一密钥池中的传统密钥集合进行量子加密处理，获得第二加密数据，并将第二加密数据发送给第二通信端。传统密钥集合中的传统密钥可以为第一密钥池中的部分或全部传统密钥，传统密钥集合包含第一传统密钥。使用量子密钥可以对一个或多个传统密钥进行量子加密处理，传输给第二通信端的第二加密数据是使用量子密钥对传统密钥集合进行量子加密处理后的数据，基于量子密钥的安全性，保证了经过量子加密处理后传输的传统密钥集合中传统密钥的安全性。相当于一个量子密钥扩展成了N个与量子密钥具有同等安全的可用密钥。

第二通信端接收到第二加密数据后，可以使用预先获得的量子密钥对第二加密数据进行解密处理，获得传统密钥集合，获得的传统密钥集合包含第一传统密钥。进一步可以将获得的传统密钥集合存储到第二密钥池中。第二密钥池中的传统密钥可以用于数据的加解密。

第一通信端对目标数据进行加密处理，获得第一加密数据后，可以继续执行步骤S130的操作。

S130：将第一加密数据发送给第二通信端，以使第二通信端使用预先获得的第一传统密钥对第一加密数据进行解密处理，获得目标数据。

第一通信端获得第一加密数据后，可以将第一加密数据发送给第二通信端。第二通信端接收到第一加密数据后，可以使用预先获得的第一传统密钥对第一加密数据进行解密处理，获得目标数据。这样即完成了目标数据的传输。

在本发明的具体实施方式中，在第一通信端将第一加密数据发送给第二通信端之前，第一通信端将量子密钥通过量子信道发送给第二通信端。

第一通信端和第二通信端之间可以通过信息交互预先获知用于加解密传统密钥的量子密钥，及用于加解密目标数据的第一传统密钥。

为便于理解，以图2所示的量子保密通讯系统为例，对本发明实施例进行详细说明。

该量子保密通讯系统的第一通信端包括第一密钥池、第一量子密钥池、第一传统密钥加密/解密单元、第一传统密钥发送/接收单元，第二通信端包括第二密钥池、第二量子密钥池、第二传统密钥加密/解密单元、第二传统密钥发送/接收单元。

第一通信端作为数据发送端，生成传统密钥，加入到第一密钥池中，通过第一传统密钥加密/解密单元使用第一量子密钥池中的量子密钥对传统密钥进行加密处理后，通过第一传统密钥发送/接收单元经经典信道传输给第二通信端的第二传统密钥发送/接收单元，第二通信端的第二传统密钥加密/解密单元使用第二量子密钥池中的量子密钥对第二传统密钥发送/接收单元接收到的加密数据进行解密处理，获得传统密钥，将传统密钥加入到第二密钥池中。

第一通信端要传输数据时，使用第一密钥池中的传统密钥对要传输的数据进行加密处理，经由经典信道传输给第二通信端。第二通信端使用第二密钥池中相应的传统密钥对接收到的数据进行解密处理。

第一量子密钥池和第二量子密钥池通过量子信道连接。经典信道即为现有网络信道，区别于量子信道。

应用本发明实施例所提供的方法，第一通信端预先获得的第一密钥池中存储有一个或多个预先生成的传统密钥，第一通信端使用预先获得的量子密钥对第一密钥池中的传统密钥集合进行量子加密处理，获得第二加密数据，将第二加密数据发送给第二通信端，第二通信端使用预先获得的量子密钥对第二加密数据进行解密处理，获得传统密钥集合，传统密钥集合包含第一传统密钥。第一通信端在确定待发送的目标数据后，可以使用预先获得的第一密钥池中的第一传统密钥对目标数据进行加密处理，获得第一加密数据，将第一加密数据发送给第二通信端，第二通信端使用第一传统密钥对第一加密数据进行解密处理，获得目标数据。第一通信端通过量子密钥加密传统密钥后，传输给第二通信端，基于量子密钥的安全性，保证了经过量子加密处理后传输的传统密钥的安全性，相当于一个量子密钥扩展成了N个与量子密钥具有同等安全的可用密钥，提高了量子保密通讯系统的密钥量，避免出现量子密钥耗尽无法使用的问题，可以保证量子保密通讯系统的正常运行。

相应于上面的方法实施例，本发明实施例还提供了一种基于量子通讯的数据传输装置，应用于第一通信端，下文描述的一种基于量子通讯的数据传输装置与上文描述的一种基于量子通讯的数据传输方法可相互对应参照。

参见图3所示，该装置包括以下模块：

目标数据确定模块310，用于确定待发送的目标数据；

加密数据获得模块320，用于使用预先获得的第一密钥池中的第一传统密钥对目标数据进行加密处理，获得第一加密数据，第一传统密钥为在第一密钥池中的传统密钥中选择的一个传统密钥；

加密数据发送模块330，用于将第一加密数据发送给第二通信端，以使第二通信端使用预先获得的第一传统密钥对第一加密数据进行解密处理，获得目标数据；

其中，第一密钥池中存储有一个或多个预先生成的传统密钥，第一通信端使用预先获得的量子密钥对第一密钥池中的传统密钥集合进行量子加密处理，获得第二加密数据，将第二加密数据发送给第二通信端，以使第二通信端使用预先获得的量子密钥对第二加密数据进行解密处理，获得传统密钥集合，传统密钥集合包含第一传统密钥。

应用本发明实施例所提供的装置，第一通信端预先获得的第一密钥池中存储有一个或多个预先生成的传统密钥，第一通信端使用预先获得的量子密钥对第一密钥池中的传统密钥集合进行量子加密处理，获得第二加密数据，将第二加密数据发送给第二通信端，第二通信端使用预先获得的量子密钥对第二加密数据进行解密处理，获得传统密钥集合，传统密钥集合包含第一传统密钥。第一通信端在确定待发送的目标数据后，可以使用预先获得的第一密钥池中的第一传统密钥对目标数据进行加密处理，获得第一加密数据，将第一加密数据发送给第二通信端，第二通信端使用第一传统密钥对第一加密数据进行解密处理，获得目标数据。第一通信端通过量子密钥加密传统密钥后，传输给第二通信端，基于量子密钥的安全性，保证了经过量子加密处理后传输的传统密钥的安全性，相当于一个量子密钥扩展成了N个与量子密钥具有同等安全的可用密钥，提高了量子保密通讯系统的密钥量，避免出现量子密钥耗尽无法使用的问题，可以保证量子保密通讯系统的正常运行。

在本发明的一种具体实施方式中，第一密钥池中的每个传统密钥均为随机生成的字符串。

在本发明的一种具体实施方式中，第一密钥池中的每个传统密钥的格式与量子密钥的格式相同。

在本发明的一种具体实施方式中，还包括量子密钥发送模块，用于：

在将第一加密数据发送给第二通信端之前，将量子密钥通过量子信道发送给第二通信端。

在本发明的一种具体实施方式中，传统密钥集合中的传统密钥为第一密钥池中的部分或全部传统密钥。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于量子通讯的数据传输方法，其特征在于，应用于第一通信端，包括：

确定待发送的目标数据；

使用预先获得的第一密钥池中的第一传统密钥对所述目标数据进行加密处理，获得第一加密数据，所述第一传统密钥为在所述第一密钥池中的传统密钥中选择的一个传统密钥；

将所述第一加密数据发送给第二通信端，以使所述第二通信端使用预先获得的所述第一传统密钥对所述第一加密数据进行解密处理，获得所述目标数据；

其中，所述第一密钥池中存储有多个预先生成的传统密钥，所述第一通信端使用预先获得的量子密钥对所述第一密钥池中的传统密钥集合进行量子加密处理，获得第二加密数据，将所述第二加密数据发送给所述第二通信端，以使所述第二通信端使用预先获得的所述量子密钥对所述第二加密数据进行解密处理，获得所述传统密钥集合，所述传统密钥集合包含所述第一传统密钥。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一密钥池中的每个传统密钥均为随机生成的字符串。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一密钥池中的每个传统密钥的格式与所述量子密钥的格式相同。

4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，在将所述第一加密数据发送给第二通信端之前，还包括：

将所述量子密钥通过量子信道发送给所述第二通信端。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述传统密钥集合中的传统密钥为所述第一密钥池中的部分或全部传统密钥。

6.一种基于量子通讯的数据传输装置，其特征在于，应用于第一通信端，包括：

目标数据确定模块，用于确定待发送的目标数据；

加密数据获得模块，用于使用预先获得的第一密钥池中的第一传统密钥对所述目标数据进行加密处理，获得第一加密数据，所述第一传统密钥为在所述第一密钥池中的传统密钥中选择的一个传统密钥；

加密数据发送模块，用于将所述第一加密数据发送给第二通信端，以使所述第二通信端使用预先获得的所述第一传统密钥对所述第一加密数据进行解密处理，获得所述目标数据；

其中，所述第一密钥池中存储有多个预先生成的传统密钥，所述第一通信端使用预先获得的量子密钥对所述第一密钥池中的传统密钥集合进行量子加密处理，获得第二加密数据，将所述第二加密数据发送给所述第二通信端，以使所述第二通信端使用预先获得的所述量子密钥对所述第二加密数据进行解密处理，获得所述传统密钥集合，所述传统密钥集合包含所述第一传统密钥。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一密钥池中的每个传统密钥均为随机生成的字符串。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一密钥池中的每个传统密钥的格式与所述量子密钥的格式相同。

9.根据权利要求6至8任一项所述的装置，其特征在于，还包括量子密钥发送模块，用于：

在将所述第一加密数据发送给第二通信端之前，将所述量子密钥通过量子信道发送给所述第二通信端。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述传统密钥集合中的传统密钥为所述第一密钥池中的部分或全部传统密钥。

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