CN110489987A - 一种量子保密存储系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种量子保密存储系统，属保密存储技术领域。它包括量子随机数发生器、量子保密存储终端；密钥管理/分发服务器的一个输出端与量子保密存储终端连接，另一个输出端与业务设备连接；密钥管理/分发服务器包括量子密钥管理模块和量子密钥分发模块；量子保密存储终端包括量子密钥管理模块、量子密钥加密模块、量子密钥解密模块和数据存储模块。量子随机数发生器产生量子真随机数作保密存储量子密钥，发送至密钥管理/分发服务器；密钥管理/分发服务器控制量子随机数发生器、接收量子密钥并下发至量子保密存储终端；量子保密存储终端与密钥管理/分发服务器建立连接接收并存储量子密钥。存储介质丢失也能保证数据安全，满足最高保密级别。

Description

一种量子保密存储系统
技术领域
本发明涉及一种量子保密存储系统，属保密存储技术领域。
背景技术
随着科技的飞速发展，我国量子通信领域已研发出真随机数发生器并投入使用，利用真随机数发生器可以产生不可预测的量子密钥。存储终端，是保存量子密钥的不可或缺的重要载体。现有的普通存储设备存在极大的失泄密隐患和管理上的难题，这是由于存储介质本身一经涉密便终生涉密，数据容易被恢复破解，且存储设备工作在通用的文件管理系统下，存在大量摆渡攻击现象，无法保证信息的安全性。刻录光盘增强了保密性,但累计成本高,工作效率低，丢失仍易被破解、泄密，不能满足“超级计算机无法破解的保密级”的严苛标准。因此，非常有必要研制一款采用量子加密数据，实现数据的保密存储，即使存储介质丢失，在没有密钥的情况下也能充分保证数据的安全性，满足当今最高保密级别标准，不因使用存储设备产生物理隔离而导致网络间信息交换不安全，结构简单科学，工作稳定可靠的量子保密存储系统。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种量子保密存储系统，满足当今最高保密级别标准，采用量子加密数据，实现保密终端数据的保密存储，即使存储介质丢失，在没有密钥的情况下也能充分保证数据的安全性，不因使用存储设备产生物理隔离而导致网络间信息交换不安全，结构简单科学，工作稳定可靠。
本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：
一种量子保密存储系统，它包括量子随机数发生器、密钥管理/分发服务器和量子保密存储终端；其特征在于：量子随机数发生器与密钥管理/分发服务器的输入端连接，密钥管理/分发服务器的一个输出端与量子保密存储终端的输入端连接，密钥管理/分发服务器的另一个输出端与业务设备的解码输入端连接；所述量子保密存储终端包括内置鉴权密钥、量子密钥管理模块、量子密钥加密模块、量子密钥解密模块和数据存储模块；
所述量子保密存储终端通过内置的鉴权密钥和密钥管理/分发服务器连接，接收并存储量子密钥；
所述量子随机数发生器，用于产生量子真随机数作为保密存储的量子密钥；并将量子密钥发送至密钥管理/分发服务器；
所述密钥管理/分发服务器，用于控制量子随机数发生器，还用于接收量子密钥并安全下发至量子保密存储终端；
所述密钥管理/分发服务器，用于控制量子随机数发生器，还用于接收量子密钥并安全下发至量子密钥U-Key。
所述的密钥管理/分发服务器设置有量子密钥管理模块和量子密钥分发模块；所述量子密钥管理模块用于控制量子随机数发生器的启动、停止及产生的密钥量；还用于对接收到的来自量子随机数发生器的量子密钥进行随机数检验；所述量子密钥分发模块用于通过内置的鉴权密钥对量子密钥加密，然后下发至绑定的多个量子保密存储终端。
所述的量子密钥分发模块包括：量子保密存储终端绑定单元和量子密钥发送单元；所述量子保密存储终端绑定单元用于对接入的量子保密存储终端进行鉴权认证，如果认证通过，则连接该量子保密存储终端；所述鉴权验证的过程为：判断量子保密存储终端内置的鉴权密钥和密钥管理/分发服务器内置的鉴权密钥是否一致；
所述量子密钥发送单元用于为绑定的量子保密存储终端发送预先分配的量子密钥；
所述量子密钥发送单元，用于为绑定的量子密钥U-Key发送预先分配的量子密钥。
所述的密钥管理/分发服务器内置的鉴权密钥有多个,一个鉴权密钥用于与一个量子保密存储终端连接。
所述的量子保密存储终端包括：量子密钥管理模块、量子密钥加密模块、量子密钥解密模块和数据存储模块；所述量子密钥管理模块，用于对接收的量子密钥进行存储与管理；所述量子密钥U-Key，用于对业务设备能访问量子保密存储终端；所述量子密钥加密模块，用于对业务数据进行加密；所述量子密钥解密模块，用于对业务数据进行解密；所述数据存储模块，用于对量子加密后的业务数据进行存储。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
该量子保密存储系统通过量子随机数发生器与量子密钥管理/分发服务器为量子保密存储终端分发量子密钥，应用量子真随机数，采用多重加密措施，确保数据加密存储的安全性；量子保密存储终端通过内置鉴权密钥与密钥管理/分发服务器连接，采用密钥鉴权认证，可异常自动报错，保障密钥分发过程不可破解；通过单个量子随机数发生器与量子密钥管理/分发服务器本地为存储终端分发量子密钥，满足“当今超级计算机无法破解”的最高保密级别标准，使用数据时，根据量子密钥通过编码逆过程还原出原始数据，即使存储介质丢失也能切实保证数据的安全性，不会因使用存储设备产生物理隔离而导致网络间信息交换不安全。实现量子密钥加密方式安全存储，具有高安全性、高独立性、部署方便、快捷、简单的优点。完善解决了现有技术一经涉密便终生涉密，数据易被恢复破解，存储设备工作于通用文件管理系统下，存在大量摆渡攻击现象，无法保证信息安全，及刻录光盘累计成本高,工作效率低，易丢失遭破解泄密，不能满足“超级计算机无法破解的保密级”的严苛标准实现真正安全通信的问题。
附图说明
图1为一种量子保密存储系统的工作流程结构示意图；
图2为量子保密存储终端的工作原理方框结构示意图；
图3为一种量子保密存储系统的业务设备数据存储过程的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对该量子保密存储系统的实施方式作进一步详细说明（参见图1～3）；
一种量子保密存储系统，它包括量子随机数发生器、密钥管理/分发服务器和量子保密存储终端；
量子随机数发生器与密钥管理/分发服务器的输入端连接，密钥管理/分发服务器的一个输出端与量子保密存储终端的输入端连接，密钥管理/分发服务器的另一个输出端与业务设备的解码输入端连接；所述量子保密存储终端包括内置鉴权密钥、量子密钥管理模块、量子密钥加密模块、量子密钥解密模块和数据存储模块；所述量子保密存储终端通过内置的鉴权密钥和密钥管理/分发服务器连接，接收并存储量子密钥；所述量子随机数发生器，用于产生量子真随机数作为保密存储的量子密钥；并将量子密钥发送至密钥管理/分发服务器；所述密钥管理/分发服务器，用于控制量子随机数发生器，还用于接收量子密钥并安全下发至量子保密存储终端；所述密钥管理/分发服务器，用于控制量子随机数发生器，还用于接收量子密钥并安全下发至量子密钥U-Key。
所述的密钥管理/分发服务器设置有量子密钥管理模块和量子密钥分发模块；所述量子密钥管理模块用于控制量子随机数发生器的启动、停止及产生的密钥量；还用于对接收到的来自量子随机数发生器的量子密钥进行随机数检验；所述量子密钥分发模块用于通过内置的鉴权密钥对量子密钥加密，然后下发至绑定的多个量子保密存储终端。
所述的量子密钥分发模块包括：量子保密存储终端绑定单元和量子密钥发送单元；所述量子保密存储终端绑定单元用于对接入的量子保密存储终端进行鉴权认证，如果认证通过，则连接该量子保密存储终端；所述鉴权验证的过程为：判断量子保密存储终端内置的鉴权密钥和密钥管理/分发服务器内置的鉴权密钥是否一致；所述量子密钥发送单元用于为绑定的量子保密存储终端发送预先分配的量子密钥；所述量子密钥发送单元，用于为绑定的量子密钥U-Key发送预先分配的量子密钥。
所述的密钥管理/分发服务器内置的鉴权密钥有多个,一个鉴权密钥用于与一个量子保密存储终端连接。
所述的量子保密存储终端包括：量子密钥管理模块、量子密钥加密模块、量子密钥解密模块和数据存储模块；所述量子密钥管理模块，用于对接收的量子密钥进行存储与管理；所述量子密钥U-Key，用于业务设备能访问量子保密存储终端；所述量子密钥加密模块，用于对业务数据进行加密；所述量子密钥解密模块，用于对业务数据进行解密；所述数据存储模块，用于对量子加密后的业务数据进行存储（参见图1～3）。
该量子保密存储系统的具体工作原理如下：
如图1所示，该量子保密存储系统的保密存储所使用的业务需求密钥由量子随机数发生器生成，并经由密钥管理/分发服务器下发至通过鉴权认证的多个量子保密存储终端，完成密钥分发后，量子保密存储终端可便携移动使用，可连接任何业务设备进行数据加密存储。
所述量子随机数发生器用于产生量子真随机数作为保密存储的量子密钥。所述密钥管理/分发服务器通过网线连接量子随机数发生器，接收量子随机数发生器所产生的量子密钥，并分发给量子保密存储终端。所述密钥管理/分发服务器通过网线连接量子随机数发生器，接收量子随机数发生器所产生的量子密钥，并分发给量子密钥U-Key。所述密钥管理/分发服务器可控制量子随机数发生器的启动、停止及产生的密钥量。所述密钥管理/分发服务器对于接收到的来自量子随机数发生器的量子密钥会进行随机数真伪检验，检验异常的数据则作抛弃处理。所述密钥管理/分发服务器对接入的量子保密存储终端通过内置的鉴权密钥进行鉴权认证，确认所连接设备是否合法，如果合法则开始准备密钥分发，如果不合法则拒绝业务请求并显示错误信息。所述密钥管理/分发服务器会将量子密钥通过内置的鉴权密钥加密后下发至连接的多个量子保密存储终端。
所述量子保密存储终端接收并存储加密后的量子密钥，在进行保密存储时实时读取并通过内置的鉴权密钥解密出量子真随机数密钥，用于对业务数据进行加密存储。量子保密存储终端与量子密钥管理/分发服务器分别通过唯一的鉴权密钥进行绑定。量子保密存储终端内置的鉴权密钥和密钥管理/分发服务器内置的鉴权密钥一一对应。量子保密存储终端与量子密钥管理/分发服务器之间绑定用的鉴权密钥应所述终端设备的请求更新，其更新的方法为：
量子保密存储终端向与之建立绑定关系的量子密钥管理/分发服务器发起鉴权密钥更换请求，量子密钥管理/分发服务器在量子真随机数发生器产生的鉴权密钥内提取新的鉴权密钥并保存至量子保密存储终端；所述量子保密存储终端具有网口和光纤口两种通信接口，通过网线连接密钥管理/分发服务器即可配置获取量子真随机数密钥；在密钥分发完成后断开量子保密存储终端与密钥管理/分发服务器的连接，量子保密存储终端可携带至任何需要进行保密存储场所。每台量子保密存储终端通过网口及网络交换机可连接多台业务设备，业务设备的业务数据，使用量子密钥对数据进行加密后，通过网络传输至量子保密存储终端，取出数据时，量子保密存储终端使用对称的量子密钥对加密数据进行解密，最终由业务设备接收处理。
所述业务设备包括但不限于电脑、摄像机、服务器等，所述业务数据包括但不限于语音、文本、图片、视频、文件等。
如图3所示：一个简化的业务数据存储流程
业务设备与量子保密存储终端相连接，存储过程如下所示：
1）准备：业务设备连接量子保密存储终端，准备好需进行保密存储的数据；
2）保密存储阶段：业务设备依据公共通信网协议，向量子保密存储终端上传业务数据，并存储加密后的业务数据，业务设备提交完成，则保密存储结束。
如图2所示，进一步的，所述量子保密存储终端可通过配置采用多种加密算法，并可配置定期对所存储的量子密钥进行运算更新。
进一步的，量子保密存储终端具有配置功能，可接入PC机，通过访问存储终端内置网站进行配置，开放的配置功能如下：
1）IP配置：可配置终端业务口与终端密钥口IP地址。
2）网口配置：可配置网口为业务端口或数据端口。
3）模式配置：可配置存储模式为无加密的交换模式，或量子随机数密钥加密的加密传输模式。
4）密钥管理：可进行密钥状态查看、密钥导入、制作加密的安卓密钥镜像。
5）设备状态查看：可查看CPU运行状态，业务口和密钥口线速及数据流量，自动刷新设备装填。
6）密钥设置：可设置密钥强度与密钥刷新时间。
7）数据加密算法：可配置选择使用量子密钥的不同加密算法。
如图3所示，实际应用中，量子保密存储终端可通过网络交换机连接多个业务设备。
本发明的量子保密存储系统架构简易、轻量、安装部署方便。
本发明的量子保密存储终端通过量子保密技术，全面提升数据存储的安全性，确保存储数据不被破解；能够简单、快捷地实现与经典网络的无缝对接。其具有如下性能特点：
1）体积小，架设简单。
2）其设备小巧，接口简洁，在使用时，只需占用现有机架或机房的剩余空间即可，通过简单连接即可完成设备的架设，无需大幅度调整现有的机房架构。
3）操作简单，无缝接入，其操作界面简单，只需要针对原有网络进行简单的网络配置即可加入原有网络，支持自动、手动两种配置方式，可根据需求建立点到点、多点之间的安全数据链路。
4）兼容性强，其支持常规的传输协议，如http、https、tcp、udp等，可以兼容常规的网络安全协议，适用于局域网、广域网、自组网等大部分网络结构中进一步降低了用户接入门槛。维护成本低用户在运维过程中，只需要保证其正常运行，不会对原有网络结构中的安全协议、网络管制造成影响，维护成本低。
以上所述只是本发明的较佳实施例而已，上述举例说明不对本发明的实质内容作任何形式上的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本发明技术方案的范围内，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (5)

1.一种量子保密存储系统，它包括量子随机数发生器、密钥管理/分发服务器和量子保密存储终端；其特征在于：量子随机数发生器与密钥管理/分发服务器的输入端连接，密钥管理/分发服务器的一个输出端与量子保密存储终端的输入端连接，密钥管理/分发服务器的另一个输出端与业务设备的解码输入端连接；所述量子保密存储终端包括内置鉴权密钥、量子密钥管理模块、量子密钥加密模块、量子密钥解密模块和数据存储模块；
所述量子保密存储终端通过内置的鉴权密钥和密钥管理/分发服务器连接，接收并存储量子密钥；
所述量子随机数发生器，用于产生量子真随机数作为保密存储的量子密钥；并将量子密钥发送至密钥管理/分发服务器；
所述密钥管理/分发服务器，用于控制量子随机数发生器，还用于接收量子密钥并安全下发至量子保密存储终端；
所述密钥管理/分发服务器，用于控制量子随机数发生器，还用于接收量子密钥并安全下发至量子密钥U-Key。
2.根据权利要求1所述的一种量子保密存储系统，其特征在于：所述的密钥管理/分发服务器设置有量子密钥管理模块和量子密钥分发模块；所述量子密钥管理模块用于控制量子随机数发生器的启动、停止及产生的密钥量；还用于对接收到的来自量子随机数发生器的量子密钥进行随机数检验；所述量子密钥分发模块用于通过内置的鉴权密钥对量子密钥加密，然后下发至绑定的多个量子保密存储终端。
3.根据权利要求1所述的一种量子保密存储系统，其特征在于：所述的量子密钥分发模块包括：量子保密存储终端绑定单元和量子密钥发送单元；所述量子保密存储终端绑定单元用于对接入的量子保密存储终端进行鉴权认证，如果认证通过，则连接该量子保密存储终端；所述鉴权验证的过程为：判断量子保密存储终端内置的鉴权密钥和密钥管理/分发服务器内置的鉴权密钥是否一致；
所述量子密钥发送单元用于为绑定的量子保密存储终端发送预先分配的量子密钥；
所述量子密钥发送单元，用于为绑定的量子密钥U-Key发送预先分配的量子密钥。
4.根据权利要求1所述的一种量子保密存储系统，其特征在于：所述的密钥管理/分发服务器内置的鉴权密钥有多个,一个鉴权密钥用于与一个量子保密存储终端连接。
5.根据权利要求1所述的一种量子保密存储系统，其特征在于：所述的量子保密存储终端包括：量子密钥管理模块、量子密钥加密模块、量子密钥解密模块和数据存储模块；所述量子密钥管理模块，用于对接收的量子密钥进行存储与管理；所述量子密钥U-Key，用于业务设备能访问量子保密存储终端；所述量子密钥加密模块，用于对业务数据进行加密；所述量子密钥解密模块，用于对业务数据进行解密；所述数据存储模块，用于对量子加密后的业务数据进行存储。
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