CN109167637B - 密钥池填充资源确定方法、装置、设备与可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种密钥池填充资源确定方法、装置、设备与可读存储介质。该方法包括：获取位于故障链路两端的源节点与宿节点之间的全部路径，然后，根据各路径上指定子路径的最小现存密钥量，判断各路径是否满足故障链路的需求密钥量；从而，当存在满足需求密钥量的第一候选路径时，根据各第一候选路径的资源状态，确定故障链路的密钥池填充资源；或者，当各路径均不能满足需求密钥量时，根据各路径的资源状态以及各路径上密钥状态信息，确定密钥池填充资源，指定子路径具备所属路径上的最小现存密钥量。本发明的方法能够在QKD光网络出现故障时能够自动确定密钥池填充资源，提高了处理效率。

Description

密钥池填充资源确定方法、装置、设备与可读存储介质

技术领域

本发明涉及通信技术，尤其涉及一种密钥池填充资源确定方法、装置、设备与可读存储介质。

背景技术

随着计算机运算能力的飞速提高和量子计算机研究的不断深入，在经典光网络中使用量子密钥分发(Quantum key distribution,QKD)所产生的量子密钥可以实现理论上绝对安全的保密通信。

为了节约成本，QKD网络可以在现有光网络上进行部署，并且，考虑到密钥生成速率较低，需要在基于QKD的光网络(以下均简称QKD光网络)中设置密钥池，密钥池用以管理和存储密钥以满足业务的安全需求。基于此，若QKD光网络发生链路故障，则会导致故障链路中的点对点QKD过程中断，这使得故障链路两端的密钥池中的密钥量处于一直被消耗且无法得到补充的状态。

因此，如何在故障情况下维持QKD光网络中密钥池的密钥服务能力成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种密钥池填充资源确定方法、装置、设备与可读存储介质，用于在QKD光网络出现故障时能够自动确定密钥池填充资源，提高QKD光网络的抗毁性能。

第一方面，本发明提供一种密钥池填充资源确定方法，包括：

获取位于故障链路两端的源节点与宿节点之间的全部路径；

根据各所述路径上指定子路径的现存密钥量，判断各所述路径是否满足所述故障链路的需求密钥量，所述指定子路径具备所属路径上的最小现存密钥量；

当存在满足所述需求密钥量的第一候选路径时，根据各所述第一候选路径的资源状态，确定所述故障链路的密钥池填充资源；

当各所述路径均不能满足所述需求密钥量时，根据各所述路径的资源状态以及各路径上密钥状态信息，确定所述密钥池填充资源。

第二方面，本发明提供一种密钥池填充资源确定装置，包括：

获取模块，用于获取位于故障链路两端的源节点与宿节点之间的全部路径；

判断模块，用于根据各所述路径上指定子路径的现存密钥量，判断各所述路径是否满足所述故障链路的需求密钥量，所述指定子路径具备所属路径上的最小现存密钥量；

第一确定模块，用于当存在满足所述需求密钥量的第一候选路径时，根据各所述第一候选路径的资源状态，确定所述故障链路的密钥池填充资源；

第二确定模块，用于当各所述路径均不能满足所述需求密钥量时，根据各所述路径的资源状态以及各路径上密钥状态信息，确定所述密钥池填充资源。

第三方面，本发明提供一种密钥池填充资源确定设备，包括：

存储器；

处理器；以及

计算机程序；

其中，所述计算机程序存储在所述存储器中，并被配置为由所述处理器执行以实现如第一方面任一项所述的方法。

第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，

所述计算机程序被处理器执行以实现如第一方面任一项所述的方法。

本发明提供的技术方案，能够针对故障链路两端的源节点与宿节点之间的全部路径的密钥状态信息进行判断，基于此，当存在满足故障链路的密钥需求量的路径，从资源状态出发确定密钥池填充资源；或者，当全部路径均无法满足密钥需求量时，则综合考虑各路径上的密钥状态信息与资源状态这两个维度，在这些路径中确定出可以为故障链路提供恢复的资源，基于此，最终确定的密钥池填充资源能够在可提供的密钥资源以及自身的信道资源两方面满足针对故障链路的密钥填充需求，从而，可以由该密钥池填充资源实现对故障链路的密钥填充，解决了故障情况下QKD光网络中密钥池的密钥填充问题，使得QKD光网络的密钥服务能力不被故障中断，提高了密钥服务的稳定性与QKD光网络的抗毁性能。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为本发明中一种量子密钥分发光网络的架构示意图；

图2为本发明中基于密钥池的点对点通信示意图；

图3为本发明所提供的一种密钥池填充资源确定方法的流程示意图；

图4为本发明所提供的另一种密钥池填充资源确定方法的流程示意图；

图5为本发明中根据指定子路径的密钥生成率、密钥消耗率以及第二候选路径的资源状态，确定密钥池填充资源的一种实现方式的流程示意图；

图6为本发明中另一种量子密钥分发光网络的架构示意图；

图7为本发明所提供的一种密钥池填充资源确定装置的功能方块图；

图8为本发明所提供的一种密钥池填充资源确定设备的实体结构示意图。

通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

首先对本发明所涉及的名词进行解释：

故障链路，是指在QKD光网络中发生了故障的路径。

源(Source)节点，是指业务传输的起点，本发明中是指位于故障链路两端的两个节点中的一个节点。

宿(Destination)节点，是指业务传输的终点，本发明中是指位于故障链路两端的两个节点中的另一个节点。

路径，是指QKD光网络上两个目标节点之间的全部可连接路径，其中，包括源节点与宿节点之间相连路径，源节点与宿节点通过一个中间节点连接的路径，以及，源节点与宿节点之间通过至少两个中间节点连接的路径。

密钥生成率，是指在QKD光网络中密钥池上对应的某一链路上能够生成密钥的速率。

密钥消耗率，是指在QKD光网络中密钥池上对应的某一链路上的密钥被业务消耗的速率。

现存密钥量，是指密钥池中现存的密钥量(数目)。

密钥填充能力，是指某一路径在不影响自身承载业务所需的密钥量的前提下，所能为其他路径提供的密钥量。

子路径，是指两个节点之间的最短路径。此时，任一路径可以由至少两个节点组成，那么，每条路径包括至少一条子路径。如路径A为：节点1-节点2-节点3，则该路径包括两条子路径，分别为：节点1-节点2和节点2-节点3。

指定子路径，是指在每条路径所包含的至少一条子路径中，具备最小现存密钥量的一条子路径。

需求恢复时间，是指故障链路需要在该时间内完成密钥填充，否则，会影响该故障链路所承载业务的服务质量。

资源状态，是指任一路径上是否具备空闲信道资源。

量子密钥分发，是指在通信的双方产生并分享一个随机的、安全的密钥，并通过生成的密钥来加密、解密消息的一种技术。

其具体架构可以参考图1中量子密钥分发光网络的架构示意图。基于量子密钥分发光网络由节点和链路组成，节点可以完成量子通信、数据通信(经典的光通信)功能，链路可以完成同步光信号、量子信号、测量基信号和数据信号的传输，分别对应同步光信道、量子信道、协商信道和数据信道。假设此时需要从节点A向节点C传输数据业务及其密钥业务，在节点A处首先进行密钥分发，密钥分发成功之后，利用这些密钥对数据业务进行加密，形成包含同步光信号、量子信号和协商信号的密钥业务，通过三个信道分别将密钥业务传输到量子节点B处。在节点B处与节点A到节点B传输密钥业务的相同过程将密钥业务传输到节点C，在节点C处对密钥业务对数据业务解密。

此外，QKD技术具有理论上无条件安全的优势，其密钥分发的安全性由量子力学原理保证，无法被窃听或破解。由于现阶段点对点QKD的密钥生成速率和可用传输距离等方面性能有限，考虑在每个节点处设置一个密钥池来满足业务的安全需求。如图2所示，密钥池可以存储通信节点之间产生的密钥，并利用QKD的无条件安全特性来不断的产生密钥，以此为数据通信节点双方分配安全密钥来实现保密通信。

本发明具体的应用场景为针对QKD光网络中发生网络故障时，故障链路上生成密钥的过程发生中断，密钥池中的密钥就无法得到填充，且业务的安全需求一直在消耗密钥池中的密钥，那么，导致受故障影响的密钥池无法为业务提供安全密钥。

本发明提供的密钥池填充资源确定方法，旨在解决现有技术的如上技术问题，并提出如下解决思路：当QKD光网络发生故障，则从故障链路两端的源节点与宿节点之间的其他路径上的密钥池状态、资源状态出发，分别针对每条路径判断其是否能满足故障链路的密钥需求，以及，资源状态是否能够用于填充密钥，基于此，自动确定密钥池填充资源。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种密钥池填充资源确定方法。请参考图3，该方法包括如下步骤：

S302，获取位于故障链路两端的源节点与宿节点之间的全部路径。

此处所指的源节点与宿节点之间的全部路径是指在QKD光网络中源节点与宿节点之间能够通行的全部路径。

S304，根据各路径上指定子路径的现存密钥量，判断各路径是否满足故障链路的需求密钥量。

其中，指定子路径具备所属路径上的最小现存密钥量。

此处是考虑到任意路径上至少要以源节点为起点，以宿节点为终点，可以包括至少一个节点，而每个节点上都设置有密钥池，每个密钥池中现存密钥量都可能不同或相同，而每条路径上的最小现存密钥量体现了该条路径的最低水平，因此，为了便于处理，则以每条路径上的最小现存密钥量为参考基准，来判断是否满足需求密钥量。

本发明实施例中，为了便于说明，将每条路径上至少一条子路径中具备最小现存密钥量的子路径定义为指定子路径，后续不再赘述。

例如，若某条路径上为：节点1(源节点)-节点2(中间节点)-节点3(宿节点)，假设节点1与节点2之间的现存密钥量为1，节点2与节点3之间的现存密钥量为3，则节点1与节点2之间的现存密钥量最少，此时，根据节点1与节点2构成的指定子路径所具备的最小现存密钥量1，来判断其该路径是否能满足需求密钥量。

基于S304判断结果的不同，本发明实施例给出S306A与S306B两种处理方式：

S306A，当存在满足需求密钥量的第一候选路径时，根据各第一候选路径的资源状态，确定故障链路的密钥池填充资源。

其中，第一候选路径为源节点与宿节点之间的所有链路中能够满足故障链路的需求密钥量的路径，此时，第一候选路径上的现存密钥量即能够满足需求密钥量，不需要调用第一候选路径上即时生成的密钥量，也无需对其密钥填充能力等方面进行进一步判定。

并且，由于密钥池填充资源为故障链路进行密钥填充时，需要将自身生成的密钥分别分发给源节点与宿节点，此时，需要占用该密钥池填充资源中的空闲信道。基于此，在第一候选路径均能满足需求密钥量的前提下，只需要确定其资源状态即可确定出密钥池填充资源。

S306B，当各路径均不能满足需求密钥量时，根据各路径的密钥状态信息与资源状态，确定密钥池填充资源。

此时，各路径均不能满足故障链路的需求密钥量，那么，除需要考虑资源状态之外，还需要针对各路径上的密钥池状态进行均衡判断，也就是，需要判断各路径是否具备为其他路径填充密钥的能力，以及，判断该密钥填充能力是否能满足故障链路的密钥填充需求。以及，更进一步的，判断多条路径的密钥填充能力之和是否能够满足故障链路的密钥填充需求。

本发明所涉及的密钥状态信息可以包括但不限于：密钥生成率、密钥消耗率与现存密钥量。

以下，对上述各步骤的实现方式进行具体说明。

本发明实施例中，在执行S304之前，需要获取源节点与宿节点之间全部路径的密钥状态信息。这些密钥状态信息可以预先存储在自身可直接调取的存储位置，当执行S304步骤时，直接调用这些数据即可。

此外，在一个具体的实现场景中，考虑到QKD光网络上各节点分别承载不同的业务，因此，各节点密钥池的密钥状态信息可能是实时变化的，因此，本发明实施例还提供了如下方式，以提高密钥状态信息的准确率：

在执行S304之前，更新源节点与宿节点之间全部路径上的密钥状态信息。

该步骤的执行与S302步骤无先后次序的限定。

例如，在执行时，可以先执行S302以得到源节点与宿节点之间的全部路径，之后，再针对这些路径进行密钥状态信息的更新。这种实现方式大大降低了需要更新的数据量，有利于提高处理效率和节省系统资源。

或者，又例如，还可以在执行S302之前，先对当前QKD光网络上的所有路径上密钥状态信息进行更新，之后，执行S302中确定路径的步骤，如此，也就得到了更新后的源节点与宿节点之间全部路径上各密钥状态信息。这种处理方式在具体实现时还可以有一种变形：设置定期更新机制，定期对QKD光网络上的所有子路径的密钥状态信息进行更新，那么，在执行S304与S306B步骤时也无需重复更新状态信息，直接调取最新一次更新的状态信息即可。

如前，S304步骤主要用以判断各路径是否能满足故障链路的需求密钥量，在具体实现时，可直接通过比较的方式来实现：分别将每条路径上指定子路径的现存密钥量与故障链路的需求密钥量进行比较即可。

从而，针对任一路径，若该路径上指定子路径的现存密钥量大于或者等于故障链路的需求密钥量，则确定该路径能够满足故障链路的需求密钥量，此时，该路径作为第一候选路径，执行后续的S306A步骤。

反之，针对任一路径，若该路径上指定子路径的现存密钥量小于故障链路的需求密钥量，则确定该路径不能满足故障链路的需求密钥量，此时，该路径不能作为第一候选路径。

基于此，依次对S302中确定的各路径进行判断并确定这些路径均不能满足故障链路的需求密钥量时，才会执行后续的S306B步骤。

一方面，针对S306A步骤，由于该步骤中确定的各第一候选路径均能满足故障链路的需求密钥量，因此，只需确定这些第一候选路径中是否具备空闲信道即可。此时，请参考图4，S306A步骤可具体执行为：

S306A2，当存在满足需求密钥量的第一候选路径时，判断各第一候选路径上是否具备空闲信道资源。

S306A4，将第一候选路径上具备的空闲信道资源确定为密钥池填充资源。

需要说明的是，若在第一候选路径中具备空闲信道资源的路径为至少两条，考虑到一条路径即可满足故障链路的需求密钥量，因此，在这至少两条第一候选路径中确定其中的一条路径为密钥池填充资源即可。本发明实施例对此处的选择策略无特别限定，可以随机选择一条第一候选路径作为密钥池填充资源；或者，还可以根据其他预设规则进行再次筛选以确定一条密钥池填充资源，例如，可以根据各路径的密钥填充能力由高至低的规则，本发明实施例对此无特别限定。

或者，若各第一候选路径上均不具备空闲信道资源，此时，执行S306B中“根据各路径的资源状态以及各路径上密钥状态信息，确定密钥池填充资源”的步骤。

另一方面，针对S306B步骤，则可以按照如下方式实现：

根据各路径上指定子路径的最小现存密钥量由大至小的顺序，依次确定出最小现存密钥量数目相等的至少一条第二候选路径。

因此，针对每次确定的第二候选路径，根据指定子路径的密钥生成率、密钥消耗率以及第二候选路径的资源状态，确定密钥池填充资源。

或者，针对每次确定的上述第二候选路径，若无法确定出密钥池填充资源，执行根据指定子路径的现存密钥量由大至小的顺序，依次在各路径中确定第二候选路径的步骤。

由于每次第二候选路径是按照指定子路径的现存密钥量由大至小的顺序确定的，因此，当前次确定的第二候选路径的最小现存密钥量小于上一次确定的第二候选路径的最小现存密钥量。

举例说明，假设在源宿节点之间存在：路径1(最小现存密钥量为3)、路径2(最小现存密钥量为2)与路径3(最小现存密钥量为2)，且这些路径均不能满足故障链路的需求密钥量。

如此，在执行S306B时，根据各路径中最小现存密钥量由大至小的顺序，首次确定最小现存密钥量最大的一条或多条路径为第二候选路径，此时为：路径1，然后，针对路径1中的指定子路径的密钥生成率、密钥消耗率以及路径1的资源状态，判断路径1是否可作为密钥池填充资源；若判断结果为是，则确定路径1为密钥池填充资源；反之，若判断结果为否，则按照各路径中最小现存密钥量由大至小的顺序，再次确定第二候选路径。

基于此，第二次确定最小现存密钥量数目均为2的第二候选路径为路径2和路径3，则针对路径2中的指定子路径的密钥生成率、密钥消耗率以及路径2的资源状态，判断路径2是否可作为密钥池填充资源，以及，针对路径3中的指定子路径的密钥生成率、密钥消耗率以及路径3的资源状态，判断路径3是否可作为密钥池填充资源。

重复执行上述步骤，直至确定出密钥池填充资源。

此外，本发明实施例还给出了针对每次确定的第二候选路径，根据指定子路径的密钥生成率、密钥消耗率以及资源状态，确定密钥池填充资源的具体实现方式，可以参考图5，其具体可以包括如下步骤：

S306B-2，根据指定子路径的密钥生成率与密钥消耗率，判断各第二候选路径是否具备密钥填充能力。

其中，判断第二候选路径是否具备密钥填充能力的方式可以为：

判断各第二候选路径上指定子路径的密钥生成率是否大于密钥消耗率。

当任一第二候选路径上指定子路径的密钥生成率大于密钥消耗率时，确定该第二候选路径具备密钥填充能力。此时，说明该路径存在为故障链路的业务提供恢复密钥的可能性。则将第二候选路径中具备密钥填充能力的路径确定为第三候选路径，并执行S306B-4。

反之，针对任一第二候选路径，该第二候选路径上指定子路径的密钥生成率等于密钥消耗率，则说明该第二候选路径上密钥池的使用只能做到自给自足，不能够作为故障密钥业务的恢复路径，因此，该第二候选路径不具备密钥填充能力，则放弃该条路径。以及，针对任一第二候选路径，该第二候选路径上指定子路径的密钥生成率小于密钥消耗率，这种情况一般不会出现，但如果出现也不能够作为故障密钥业务的恢复路径，该第二候选路径不具备密钥填充能力，则放弃该条路径。

此外，针对放弃某一第二候选路径的操作方式，可以为对第二候选路径不做处理，或者，可以基于当前执行形式进行相应处理。例如，在一个具体实现场景中，若以第二候选路径列表的形式呈现，则将该不具备密钥填充能力的路径删除，如此，遍历所有第二候选路径列表后得到的最终列表即可作为第三候选路径列表。

S306B-4，针对第二候选路径中具备密钥填充能力的第三候选路径，判断各第三候选路径的密钥填充能力能否满足故障链路的密钥填充需求。

其中，判断各第三候选路径的密钥填充能力能否满足故障链路的密钥填充需求的方式可以为：

获取各第三候选路径上指定子路径的密钥余量，密钥余量为密钥生成率与密钥消耗率之差；

针对每条第三候选路径，获取需求密钥量与密钥余量之间的比值，得到该第三候选路径的填充时间；

若任一第三候选路径的填充时间小于或者等于故障链路的需求恢复时间，确定该第三候选路径能够满足密钥填充需求。

可知，若任一第三候选路径的填充时间大于故障链路的需求恢复时间，则确定该第三候选路径不能满足密钥填充需求，则放弃该条路径。此处放弃该条路径的方式与S306B-2中的处理方式类似，不再赘述。

S306B-6，针对第三候选路径中能够满足密钥填充需求的第四候选路径，判断各第四候选路径上是否具备空闲信道资源。

S306B-8，将第四候选路径上具备的空闲信道资源确定为密钥池填充资源。

在具体实现上述方案时，还可以考虑路径所经历的节点数目，并优先选择经历的节点数目较少的路径作为候选路径。

例如，在源节点A与宿节点B之间，可以有三条路径，分别是：路径1(源节点A-中间节点C-宿节点B)、路径2(源节点A-中间节点D-宿节点B)和路径3(源节点A-中间节点C-中间节点D-宿节点B)。那么，若这三条路径均满足上述条件，则优先选择所经历的节点数目较少的路径1和路径2上的空闲信道资源作为密钥池填充资源。

或者，在上述任一步骤确定候选路径时，也可在相关步骤设定经历的中间节点数目，超出预设中间节点数目阈值的节点则不考虑。

例如，若在各第三候选路径中判断是否存在能够满足密钥填充需求的第四候选路径时，还可以设定该步骤的中间节点数目阈值，假设为2，那么，在各第三候选路径中，除满足针对密钥填充需求的要求之外，还需要满足路径上中间节点的数目小于或者等于2。

除以限定中间节点数目阈值的方式之外，在上述确定密钥池填充资源的过程中，还可以根据路径中所经历的中间节点由小至大的顺序，确定候选路径或密钥池填充资源。

此外，在某些特殊场景中，若在满足中间节点数目阈值的前提下，单条路径无法满足故障链路所需求的密钥量，则可以采用多条路径共同为故障链路提供密钥。此时，则判断多条路径的密钥填充能力之和是否能够满足故障链路的密钥填充需求。

举例说明，若根据上述确定方法，确定在整个QKD光网络中，设定了筛选各候选路径时中间节点的数目阈值为1，则每条路径中至多包含一个中间节点，但此时这些路径中的每条路径均无法单独承担故障链路的密钥填充需求，那么，则判断各路径中的至少两条路径的密钥填充能力之和是否能够满足故障链路的密钥填充需求；若能够满足，且这至少两条路径上具备空闲资源，则将这至少两条路径上的空闲资源确定为密钥池填充资源，从而，由至少两条路径共同为故障链路进行密钥填充。

在以多条路径共同为故障链路进行密钥填充时，可以采用路径条数由小至大的顺序，依次进行筛选确定，以尽量降低对其他路径上现有业务的影响。

例如，在源节点A与宿节点B之间，可以有三条路径，分别是：路径1(源节点A-中间节点C-宿节点B)、路径2(源节点A-中间节点D-宿节点B)和路径3(源节点A-中间节点C-中间节点D-宿节点B)。那么，若路径1、路径2与路径3均无法独立承担故障链路(源节点A-宿节点B)的密钥填充需求，那么，可以对至少两条路径同时为故障链路进行密钥填充的能力进行判断。此时，若路径1+路径2上的密钥填充能力之和能够满足故障链路的密钥填充需求且这均具备空闲资源，则将路径1和路径2上的空闲信道资源确定为密钥池填充资源即可。反之，若路径1+路径2、路径2+路径3以及路径1+路径3均不能满足故障链路的密钥填充需求，则可以进一步考虑增加路径条数，判断路径1+路径2+路径3是否能够满足故障链路的密钥填充需求；若能够满足且均具备空闲信道资源，则路径1+路径2+路径3上的空闲信道资源确定为密钥池填充资源，由路径1、路径2和路径3共同为故障链路提供密钥资源。

在实际实现时，还可能会存在一些极端场景：源节点与宿节点之间的全部路径的密钥填充能力之和也不能满足故障链路的密钥填充需求。此时，为了尽量维持故障链路的密钥服务能力，可以尽力由当前QKD光网络中源节点与宿节点之间的全部路径上的空闲资源尽力为故障链路提供密钥资源。

其中，以多条路径上的空闲资源共同为故障路径提供密钥资源时，是将这些路径的密钥填充能力的总和与故障路径的密钥填充需求进行比较，其实现方式如前所述，不再赘述。

本发明实施例中，针对当前最小现存密钥量不足以为故障链路进行密钥填充的路径，则以该路径的密钥填充能力与资源状态出发，确定密钥池填充资源。并且，通过以上方法确定的密钥池填充资源，能够在不影响自身承载业务的前提下，将本路径所能生成的多余的密钥用于为故障链路进行密钥填充，也就是，基于该密钥池填充资源对故障链路进行密钥填充，能够保证故障链路所承载业务的安全传输，这既保证了业务的安全性，又提高了QKD光网络的稳定性。

基于上述密钥池填充资源的确定，本发明实施例所提供的密钥池填充资源确定方法进一步应用于QKD光网络中故障链路的处理这一场景中时，该方法还可以包括如下步骤：

利用该密钥池填充资源所产生的密钥为故障链路进行密钥填充。

在一个具体的实现方式中，该步骤可以表现为：将密钥池填充资源上生成的密钥发送给源节点与宿节点，以实现针对故障链路的密钥填充。

为了便于理解本方案，本发明实施例给出在如图6所示的量子密钥分发光网络架构下的密钥池填充资源确定方法：

在如图6所示的QKD光网络中，每个节点处均设置有一个密钥池。如果网络中的路径ED发生了故障，且故障链路ED两端的节点E和节点D处的密钥池为需要填充的密钥池，此时，假设该故障链路ED的需求密钥量为3比特，且需求恢复时间为1s。

则确定将该故障密钥业务的起始节点E为源节点，节点D为宿节点，并在QKD光网络中更新各路径上指定子路径的密钥状态信息，其结果如图6所示，其表现形式为：(密钥生成率，密钥消耗率，最小现存密钥量)。并且，源节点与宿节点之间的路径包括路径1(节点E-节点C-节点D)和路径2(节点E-节点F-节点B-节点C-节点D)。

基于图6所示的各路径上密钥状态信息，可知，路径1上的最小现存密钥量为2比特，路径2的最小现存密钥量为1，二者均小于故障链路ED的需求密钥量，因此，二者均不能满足故障链路ED的需求密钥量。

此时，根据最小密钥量由大到小的顺序，将路径1确定为第二候选路径。而路径1的密钥生成率为10比特每秒(bit/s)，密钥消耗率为6比特每秒(bit/s)，也就是，路径1的密钥余量为4比特每秒(bit/s)，获取需求密钥量3与该密钥余量之间的比值，得到路径1的填充时间为0.75s，小于故障链路ED的需求恢复时间(1s)，则确定路径1能够满足故障链路ED的密钥填充需求；基于此，进一步判断路径1是否具备空闲信道资源，并确定路径1中EC上的波长1和路径CD上的波长2处于空闲状态，所以选择路径1上的空闲资源：路径EC上的波长1和路径CD上的波长2，作为故障链路ED的密钥池填充资源。

本发明实施例所提供的技术方案至少具备如下技术效果：

本发明提供的技术方案，能够针对故障链路两端的源节点与宿节点之间的全部路径的密钥状态信息进行判断，基于此，当存在满足故障链路的密钥需求量的路径，从资源状态出发确定密钥池填充资源；或者，当全部路径均无法满足密钥需求量时，则综合考虑各路径上的密钥状态信息与资源状态这两个维度，在这些路径中确定出可以为故障链路提供恢复的资源，基于此，最终确定的密钥池填充资源能够在可提供的密钥资源以及自身的信道资源两方面满足针对故障链路的密钥填充需求，从而，可以由该密钥池填充资源实现对故障链路的密钥填充，解决了故障情况下QKD光网络中密钥池的密钥填充问题，使得QKD光网络的密钥服务能力不被故障中断，提高了密钥服务的稳定性与QKD光网络的抗毁性能。

实施例二

基于上述实施例一所提供的密钥池填充资源确定方法，本发明实施例进一步给出实现上述方法实施例中各步骤及方法的装置实施例。

本发明实施例提供了一种密钥池填充资源确定装置，请参考图7，该密钥池填充资源确定装置700，包括：

获取模块71，用于获取位于故障链路两端的源节点与宿节点之间的全部路径；

判断模块72，用于根据各路径上指定子路径的最小现存密钥量，判断各路径是否满足故障链路的需求密钥量，指定子路径具备所属路径上的最小现存密钥量；

第一确定模块73，用于当存在满足需求密钥量的第一候选路径时，根据各第一候选路径的资源状态，确定故障链路的密钥池填充资源；

第二确定模块74，用于当各路径均不能满足需求密钥量时，根据各路径的资源状态以及各路径上密钥状态信息，确定密钥池填充资源。

本发明实施例中，第一确定模块73，具体用于：

判断各第一候选路径上是否具备空闲信道资源；

将第一候选路径上具备的空闲信道资源确定为密钥池填充资源；

若各第一候选路径上均不具备空闲信道资源，执行根据各路径的资源状态以及各路径上密钥状态信息，确定密钥池填充资源的步骤。

本发明实施例所涉及的状态信息可以包括但不限于：密钥生成率、密钥消耗率与现存密钥量。

本发明实施例中，第二确定模块74，具体用于：

根据指定子路径的现存密钥量由大至小的顺序，依次确定出最小现存密钥量数目相等的至少一条第二候选路径；

针对每次确定的第二候选路径，根据指定子路径的密钥生成率、密钥消耗率以及第二候选路径的资源状态，确定密钥池填充资源；

针对每次确定的第二候选路径，若无法确定出密钥池填充资源，执行根据指定子路径的现存密钥量由大至小的顺序，依次在各路径中确定第二候选路径的步骤。

其中，用于根据指定子路径的密钥生成率、密钥消耗率以及第二候选路径的资源状态，确定密钥池填充资源时，第二确定模块74，还具体用于：

根据指定子路径的密钥生成率与密钥消耗率，判断各第二候选路径是否具备密钥填充能力；

针对第二候选路径中具备密钥填充能力的第三候选路径，判断各第三候选路径的密钥填充能力能否满足故障链路的密钥填充需求；

针对第三候选路径中能够满足密钥填充需求的第四候选路径，判断各第四候选路径上是否具备空闲信道资源；

将第四候选路径上具备的空闲信道资源确定为密钥池填充资源。

其中，用于判断各第二候选路径是否具备密钥填充能力时，第二确定模块74，还具体用于：

判断各第二候选路径上指定子路径的密钥生成率是否大于密钥消耗率；

当任一第二候选路径上指定子路径的密钥生成率大于密钥消耗率时，确定该第二候选路径具备密钥填充能力。

其中，用于判断各第三候选路径的密钥填充能力能否满足故障链路的密钥填充需求时，第二确定模块74，还具体用于：

获取各第三候选路径上指定子路径的密钥余量，密钥余量为密钥生成率与密钥消耗率之差；

针对每条第三候选路径，获取需求密钥量与密钥余量之间的比值，得到该第三候选路径的填充时间；

若任一第三候选路径的填充时间小于或者等于故障链路的需求恢复时间，确定该第三候选路径能够满足密钥填充需求。

在一个实现场景中，该密钥池填充资源确定装置还可以包括：

更新模块(图7未示出)，用于在根据各路径上指定子路径的最小现存密钥量，判断各路径是否满足故障链路的需求密钥量之前，更新各路径上的密钥状态信息。

在另一个实现场景中，该密钥池填充资源确定装置还可以包括：

填充单元(图7未示出)，用于将密钥池填充资源上生成的密钥发送给源节点与宿节点，以实现针对故障链路的密钥填充。

并且，本发明实施例提供了一种密钥池填充资源确定设备，请参考图8，该密钥池填充资源确定设备800，包括：

存储器810；

处理器820；以及

计算机程序；

其中，计算机程序存储在存储器810中，并被配置为由处理器820执行以实现如上述实施例所述的方法。

此外，如图8所示，在该密钥池填充资源确定设备800中还设置有发送器830与接收器840，用于与其他设备进行数据传输或通信，在此不再赘述。

此外，本发明实施例提供了一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，

该计算机程序被处理器执行以实现如实施例一所述的方法。

由于本实施例中的各模块能够执行实施例一所示的方法，本实施例未详细描述的部分，可参考对实施例一的相关说明。

本发明实施例所提供的技术方案至少具备如下技术效果：

本发明提供的技术方案，能够针对故障链路两端的源节点与宿节点之间的全部路径的密钥状态信息进行判断，基于此，当存在满足故障链路的密钥需求量的路径，从资源状态出发确定密钥池填充资源；或者，当全部路径均无法满足密钥需求量时，则综合考虑各路径上的密钥状态信息与资源状态这两个维度，在这些路径中确定出可以为故障链路提供恢复的资源，基于此，最终确定的密钥池填充资源能够在可提供的密钥资源以及自身的信道资源两方面满足针对故障链路的密钥填充需求，从而，可以由该密钥池填充资源实现对故障链路的密钥填充，解决了故障情况下QKD光网络中密钥池的密钥填充问题，使得QKD光网络的密钥服务能力不被故障中断，提高了密钥服务的稳定性与QKD光网络的抗毁性能。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本发明旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (18)

1.一种密钥池填充资源确定方法，其特征在于，包括：

获取位于故障链路两端的源节点与宿节点之间的全部路径；

根据各所述路径上指定子路径的现存密钥量，判断各所述路径是否满足所述故障链路的需求密钥量，所述指定子路径具备所属路径上的最小现存密钥量；

当存在满足所述需求密钥量的第一候选路径时，根据各所述第一候选路径的资源状态，确定所述故障链路的密钥池填充资源；

当各所述路径均不能满足所述需求密钥量时，根据各所述路径的资源状态以及各路径上密钥状态信息，确定所述密钥池填充资源；

所述路径的资源状态为路径上是否具备空闲信道资源的状态；

所述密钥状态信息包括：密钥生成率、密钥消耗率与现存密钥量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据各第一候选路径的资源状态，确定所述故障链路的密钥池填充资源，包括：

判断各所述第一候选路径上是否具备空闲信道资源；

将所述第一候选路径上具备的空闲信道资源确定为所述密钥池填充资源；

若各所述第一候选路径上均不具备空闲信道资源，执行所述根据各所述路径的资源状态以及各路径上密钥状态信息，确定所述密钥池填充资源的步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各所述路径的资源状态以及各路径上密钥状态信息，确定所述密钥池填充资源，包括：

根据所述指定子路径的现存密钥量由大至小的顺序，依次确定出最小现存密钥量数目相等的至少一条第二候选路径；

针对每次确定的所述第二候选路径，根据所述指定子路径的密钥生成率、密钥消耗率以及所述第二候选路径的资源状态，确定所述密钥池填充资源；

针对每次确定的所述第二候选路径，若无法确定出所述密钥池填充资源，执行所述根据所述指定子路径的现存密钥量由大至小的顺序，依次在各所述路径中确定第二候选路径的步骤。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述指定子路径的密钥生成率、密钥消耗率以及资源状态，确定所述密钥池填充资源，包括：

根据所述指定子路径的密钥生成率与密钥消耗率，判断各所述第二候选路径是否具备密钥填充能力；

针对所述第二候选路径中具备所述密钥填充能力的第三候选路径，判断各所述第三候选路径的密钥填充能力能否满足所述故障链路的密钥填充需求；

针对所述第三候选路径中能够满足所述密钥填充需求的第四候选路径，判断各所述第四候选路径上是否具备空闲信道资源；

将所述第四候选路径上具备的空闲信道资源确定为所述密钥池填充资源。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述判断各所述第二候选路径是否具备密钥填充能力，包括：

判断各所述第二候选路径上指定子路径的密钥生成率是否大于密钥消耗率；

当任一所述第二候选路径上指定子路径的密钥生成率大于所述密钥消耗率时，确定该所述第二候选路径具备所述密钥填充能力。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述判断各所述第三候选路径的密钥填充能力能否满足所述故障链路的密钥填充需求，包括：

获取各所述第三候选路径上指定子路径的密钥余量，所述密钥余量为所述密钥生成率与所述密钥消耗率之差；

针对每条所述第三候选路径，获取所述需求密钥量与所述密钥余量之间的比值，得到该第三候选路径的填充时间；

若任一所述第三候选路径的所述填充时间小于或者等于所述故障链路的需求恢复时间，确定该第三候选路径能够满足所述密钥填充需求。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各所述路径上指定子路径的现存密钥量，判断各所述路径是否满足所述故障链路的需求密钥量之前，所述方法还包括：

更新各所述路径上的密钥状态信息。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述密钥池填充资源上生成的密钥发送给所述源节点与宿节点，以实现针对所述故障链路的密钥填充。

9.一种密钥池填充资源确定装置，包括：

获取模块，用于获取位于故障链路两端的源节点与宿节点之间的全部路径；

判断模块，用于根据各所述路径上指定子路径的现存密钥量，判断各所述路径是否满足所述故障链路的需求密钥量，所述指定子路径具备所属路径上的最小现存密钥量；

第一确定模块，用于当存在满足所述需求密钥量的第一候选路径时，根据各所述第一候选路径的资源状态，确定所述故障链路的密钥池填充资源；

第二确定模块，用于当各所述路径均不能满足所述需求密钥量时，根据各所述路径的资源状态以及各路径上密钥状态信息，确定所述密钥池填充资源；

所述路径的资源状态为路径上是否具备空闲信道资源的状态；

所述密钥状态信息包括：密钥生成率、密钥消耗率与现存密钥量。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块，具体用于：

判断各所述第一候选路径上是否具备空闲信道资源；

将所述第一候选路径上具备的空闲信道资源确定为所述密钥池填充资源；

若各所述第一候选路径上均不具备空闲信道资源，执行所述根据各所述路径的资源状态以及各路径上密钥状态信息，确定所述密钥池填充资源的步骤。

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块，具体用于：

根据所述指定子路径的现存密钥量由大至小的顺序，依次确定出最小现存密钥量数目相等的至少一条第二候选路径；

针对每次确定的所述第二候选路径，根据所述指定子路径的密钥生成率、密钥消耗率以及所述第二候选路径的资源状态，确定所述密钥池填充资源；

针对每次确定的所述第二候选路径，若无法确定出所述密钥池填充资源，执行所述根据所述指定子路径的现存密钥量由大至小的顺序，依次在各所述路径中确定第二候选路径的步骤。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块，还具体用于：

根据所述指定子路径的密钥生成率与密钥消耗率，判断各所述第二候选路径是否具备密钥填充能力；

针对所述第二候选路径中具备所述密钥填充能力的第三候选路径，判断各所述第三候选路径的密钥填充能力能否满足所述故障链路的密钥填充需求；

针对所述第三候选路径中能够满足所述密钥填充需求的第四候选路径，判断各所述第四候选路径上是否具备空闲信道资源；

将所述第四候选路径上具备的空闲信道资源确定为所述密钥池填充资源。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块，还具体用于：

判断各所述第二候选路径上指定子路径的密钥生成率是否大于密钥消耗率；

当任一所述第二候选路径上指定子路径的密钥生成率大于所述密钥消耗率时，确定该所述第二候选路径具备所述密钥填充能力。

14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块，还具体用于：

获取各所述第三候选路径上指定子路径的密钥余量，所述密钥余量为所述密钥生成率与所述密钥消耗率之差；

针对每条所述第三候选路径，获取所述需求密钥量与所述密钥余量之间的比值，得到该第三候选路径的填充时间；

若任一所述第三候选路径的所述填充时间小于或者等于所述故障链路的需求恢复时间，确定该第三候选路径能够满足所述密钥填充需求。

15.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

更新模块，用于在所述根据各所述路径上指定子路径的现存密钥量，判断各所述路径是否满足所述故障链路的需求密钥量之前，更新各所述路径上的密钥状态信息。

16.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

填充单元，用于将所述密钥池填充资源上生成的密钥发送给所述源节点与宿节点，以实现针对所述故障链路的密钥填充。

17.一种密钥池填充资源确定设备，其特征在于，包括：

存储器；

处理器；以及

计算机程序；

其中，所述计算机程序存储在所述存储器中，并被配置为由所述处理器执行以实现如权利要求1至8任一项所述的方法。

18.一种可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，

所述计算机程序被处理器执行以实现如权利要求1至8任一项所述的方法。

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