CN114024670B - 一种双向密钥池的量子可信中继密钥同步方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双向密钥池的量子可信中继密钥同步方法及系统,所述方法包括:对量子可信中继节点的密钥池进行读写分离、双向可读初始化处理,得到初始子密钥池;根据所述初始子密钥池的密钥需求量,对所述初始子密钥池进行写入密钥同步;利用量子可信中继节点的初始子密钥池进行量子密钥可信中继的读取密钥同步,提高量子可信中继过程中获取量子密钥或存入量子密钥并行执行效率,降低可信中继过程中密钥损耗,保障了每个量子密钥可信中继节点在量子密钥组网结构中具有对等性。
Description
技术领域
本发明涉及量子可信中继密钥管理领域,具体涉及一种双向密钥池的量子可信中继密钥同步方法及系统。
背景技术
在量子通信网络中,由于量子信道传输距离及部署成本限制,为了实现网络任意远距离节点之间能够共享量子密钥,采用了点到点的量子密钥分发(QKD)和量子密钥可信中继机制,实现了共享量子密钥分发,然而在实际量子通信网络运营中,可信中继节点对称双方处理量子可信中继时存在同时获取量子密钥或存入量子密钥的冲突情况,如果不使用同步机制则会导致对称双方存取量子密钥失败,造成系统不稳定;如果使用对称双方同步锁机制则会导致对称双方存取量子密钥期间阻塞其它可信中继指令,造成系统运行效率低。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了一种双向密钥池的量子可信中继密钥同步方法,包括:
对量子可信中继节点的密钥池进行读写分离、双向可读初始化处理,得到初始子密钥池;
根据所述初始子密钥池的密钥需求量,对所述初始子密钥池进行写入密钥同步;
利用量子可信中继节点的初始子密钥池进行量子密钥可信中继的读取密钥同步。
优选的,所述对量子可信中继节点的密钥池进行读写分离、双向可读初始化处理:
所述量子可信中继节点的密钥池根据与相邻量子可信中继节点的对称量子密钥关系,得到与相邻量子可信中继节点相对应的子密钥池,对所述子密钥池根据量子可信中继节点ID与相邻量子可信中继节点PID进行标识;
所述子密钥池根据量子密钥对称关系写入子密钥池与可信中继指令获取子密钥池中量子密钥传递方向,划分得到可写子密钥池、正向可读子密钥池与反向可读子密钥池;
量子密钥分配系统下发相同量子密钥至量子可信中继节点的可写子密钥池和与所述量子可信中继节点的相邻量子可信中继节点的可写子密钥池;
利用所述可信中继指令获取所述子密钥池判断量子密钥传递方向,当量子密钥从量子可信中继节点ID传递至相邻量子可信中继节点PID方向时,为正向可读子密钥池获取量子密钥,否则,反向可读子密钥池获取量子密钥。
进一步的,所述根据初始子密钥池的密钥需求量,对所述初始子密钥池进行写入密钥同步包括:
当量子可信中继节点的正向可读子密钥池的密钥量不足时,量子可信中继节点利用所述可写子密钥池获取一组量子密钥编号,将所述量子密钥编号标识为待移入正向可读子密钥池状态,将所述量子密钥编号发送至相邻量子可信中继节点;
所述相邻量子可信中继节点获取量子密钥编号后,利用相邻量子可信中继节点的可写子密钥池获取相同量子密钥编号的量子密钥,将相同量子密钥编号的量子密钥移入对应的相邻量子可信中继节点的反向可读子密钥池;
所述相邻量子可信中继节点逆向发送已移入相邻量子可信中继节点的反向可读子密钥池的量子密钥编号至量子可信中继节点;
量子可信中继节点接收所述量子密钥编号后,将与量子密钥编号对应的量子密钥移入量子可信中继节点的正向可读子密钥池。
进一步的,所述量子可信中继节点利用可写子密钥池获取一组量子密钥编号包括:
所述量子可信中继节点的可写子密钥池基于随机选择机制获取一组量子密钥编号。
优选的,所述利用量子可信中继节点的初始子密钥池进行量子密钥可信中继的读取密钥同步包括:
当所述量子可信中继节点发送可信中继指令至相邻量子可信中继节点前,量子可信中继节点利用与相邻量子可信中继节点对应的正向可读子密钥获取量子密钥,将所述量子密钥对应的量子密钥编号与可信中继指令共同发送至相邻量子可信中继节点;
当所述量子可信中继节点接收与其相邻量子可信中继节点发送的可信中继指令时,量子可信中继节点利用与其相邻量子可信中继节点对应的反向可读子密钥获取相同的量子密钥。
基于同一发明构思,本发明还提供了一种双向密钥池的量子可信中继密钥同步系统,包括:
初始化模块,用于对量子可信中继节点的密钥池进行读写分离、双向可读初始化处理,得到初始子密钥池;
写入模块,用于根据所述初始子密钥池的密钥需求量,对所述初始子密钥池进行写入密钥同步;
读取模块,用于利用量子可信中继节点的初始子密钥池进行量子密钥可信中继的读取密钥同步。
优选的,一种双向密钥池的量子可信中继密钥同步系统还包括:
密钥存储模块:利用量子可信中继节点的存储介质存放量子密钥数据,向密钥写模块、密钥读模块提供量子密钥数据读取和写入。
与最接近的现有技术相比,本发明具有的有益效果:
对量子可信中继节点的密钥池进行读写分离、双向可读初始化处理,得到初始子密钥池;根据所述初始子密钥池的密钥需求量,对所述初始子密钥池进行写入密钥同步;利用量子可信中继节点的初始子密钥池进行量子密钥可信中继的读取密钥同步为了量子密钥对称双方在可信中继时同步且高效地存取量子密钥,提高量子可信中继过程中获取量子密钥或存入量子密钥并行执行效率,降低可信中继过程中密钥损耗,保障了每个量子密钥可信中继节点在量子密钥组网结构中具有对等性。
附图说明
图1是本发明提供的一种双向密钥池的量子可信中继密钥同步方法流程图;
图2是本发明提供的一种双向密钥池的量子可信中继密钥同步方法的密钥池结构;
图3是本发明提供的一种典型的量子密钥可信中继系统组网图;
图4是本发明提供的可信中继点、密钥服务点的各个子密钥池的密钥分布示意图;
图5是本发明提供的一种密钥服务点、可信中继点将收到的量子密钥存入对应量子密钥池的可写子密钥池示意图;
图6是本发明提供的一种双向密钥池的写入密钥同步方法示意图;
图7是本发明提供的一种双向密钥池的密钥补充同步方法示意图;
图8是本发明提供的一种双向密钥池的量子可信中继读取密钥同步方法示意图;
图9是本发明提供的一种双向密钥池的量子可信中继二次读取密钥同步方法示意图;
图10是本发明提供的一种双向密钥池的量子可信中继反向读取密钥同步方法示意图;
图11是本发明提供的一种量子可信中继节点与相邻的量子可信中继节点进行可信中继读密钥同步示意图;
图12是本发明提供的一种双向密钥池的量子可信中继密钥同步系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例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它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1:
本发明提供了一种双向密钥池的量子可信中继密钥同步方法,如图1所示,包括:
步骤1:对量子可信中继节点的密钥池进行读写分离、双向可读初始化处理,得到初始密钥池;
本实施例中,一种双向密钥池的量子可信中继密钥同步方法的密钥池结构,如图2所示,量子密钥可信中继点的ID用B标识,两个相邻的具有对称量子密钥关联关系的量子可信中继节点PID分别用A、C标识。其中子密钥池BC用于处理量子密钥可信中继点B与量子可信中继节点C的对称量子密钥可信中继操作,子密钥池BA用于处理量子密钥可信中继点B与量子可信中继节点A的对称量子密钥可信中继操作。
步骤1具体包括:
1-1:量子可信中继节点的密钥池依据系统配置的与相邻量子可信中继节点的对称量子密钥关联关系,得到与相邻量子可信中继节点相对应的子密钥池,所述子密钥池由量子可信中继节点ID与相邻量子可信中继节点PID共同标识;
1-2:所述子密钥池依据对称量子密钥写入子密钥池和可信中继指令读取子密钥池中量子密钥方向,将其结构划分为可写子密钥池、正向可读子密钥池和反向可读子密钥池;
1-3:利用量子密钥分配系统下发相同的量子密钥至量子可信中继节点的可写子密钥池和与所述量子可信中继节点相邻的下一量子可信中继节点的可写子密钥池;
1-4:利用可信中继指令读取子密钥池中量子密钥方向,当从量子可信中继节点ID到相邻量子可信中继节点PID方向时,则从正向可读子密钥池获取量子密钥,反之则从反向可读子密钥池获取量子密钥。
本实施例中,举例一种典型的量子密钥可信中继系统组网图,如图3所示,量子密钥分配系统QKD与密钥服务点通信连接,量子密钥分配系统QKD与可信中继点通信连接,第一密钥服务点标记为A,第一可信中继点标记为B,第二可信中继点标记为C,第二密钥服务点标记为D,第三密钥服务点标记为E;在第一可信中继点B内,量子密钥池KBC标识第一可信中继点B与第二可信中继点C的量子密钥,量子密钥池KBC内逻辑划分可写子密钥池、正向可读子密钥池和反向可读子密钥池,依次类推,第一密钥服务点A的KAB、第一可信中继点B的KAB与KBC、第二可信中继点C的KBC与KCD与KCE、第二密钥服务点D的KCD、第三密钥服务点E的KCE;量子密钥分配系统QKD将量子密钥分组连续地发送至密钥服务点和可信中继点,如图4所示,可信中继点、密钥服务点的各个子密钥池的密钥分布情况,第一密钥服务点A与第一可信中继点B接收QKD相同的分组量子密钥第一可信中继点B与第二可信中继点C接收QKD相同的分组量子密钥/>第二可信中继点C与第二密钥服务点D接收QKD相同的分组量子密钥/>第二可信中继点C与第三密钥服务点E接收QKD相同的分组量子密钥/>
本实施例中,密钥服务点、可信中继点将收到的量子密钥存入对应量子密钥池的可写子密钥池如图5所示,一种双向密钥池的写密钥同步方法,如图6、图7所示,当量子可信中继节点的正向可读子密钥池中量子密钥量低于特定阈值时,量子密钥从可写子密钥池转移至正向可读子密钥池的过程包括:(1)量子可信中继节点从可写子密钥池选择特定量子密钥,并将其标识为待移入正向可读子密钥池状态,并将选择特定的量子密钥的编号发送至下一跳节点;(2)下一跳节点接收量子密钥的编号后,在可写子密钥池选取相同编号的量子密钥,并将相同编号的量子密钥移入与之对应的反向可读子密钥池,之后,返回已移入反向可读子密钥池的量子密钥编号;(3)量子可信中继节点接收返回,对比相同编号,将其对应编号的量子密钥移入与之对应的正向可读子密钥池。进一步,选择一组量子密钥编号采用随机选择机制,降低下一跳节点选择了相同编号的碰撞概率。当碰撞发生后,保留碰撞编号的量子密钥,恢复碰撞编号的量子密钥状态为可选用状态即可。
步骤2:利用量子可信中继节点的正向可读子密钥池的密钥需求量,进行一种双向密钥池的写密钥同步。
步骤2具体包括:
2-1:当量子可信中继节点的正向可读子密钥池的密钥量不足时,量子可信中继节点利用所述可写子密钥池获取一组量子密钥编号,将所述量子密钥编号标识为待移入正向可读子密钥池状态,将所述量子密钥编号发送至相邻量子可信中继节点;
2-2:所述相邻量子可信中继节点获取量子密钥编号后,利用相邻量子可信中继节点的可写子密钥池获取相同量子密钥编号的量子密钥,将相同量子密钥编号的量子密钥移入对应的相邻量子可信中继节点的反向可读子密钥池;
2-3:所述相邻量子可信中继节点逆向发送已移入相邻量子可信中继节点的反向可读子密钥池的量子密钥编号至量子可信中继节点;
2-4:量子可信中继节点接收所述量子密钥编号后,将与量子密钥编号对应的量子密钥移入量子可信中继节点的正向可读子密钥池。
步骤2-1具体包括:
2-1-1:所述量子可信中继节点利用可写子密钥池基于随机选择机制获取一组量子密钥编号。
本实施例中,一种双向密钥池的量子可信中继读密钥同步方法,如图8、图9所示,处理可信中继指令,按照可信中继指令方向顺序从子密钥中读取量子密钥,保持密钥同步,如图10所示,具有不同中继方向的可信中继指令,量子可信中继点并发读密钥同步方法,如图11所示,另一种情况下量子可信中继节点与相邻的量子可信中继节点进行可信中继读密钥同步。本实施例中,一种双向密钥池的量子密钥可信中继密钥同步方法不限于量子密钥可信中继节点,还适用于量子密钥服务节点,量子密钥服务节点的写密钥同步方法与量子可信中继写密钥同步方法相同,量子密钥服务节点的读密钥同步方法与量子可信中继读密钥同步方法相同。
步骤3:利用量子可信中继节点的初始子密钥池进行量子密钥可信中继的读取密钥同步。
步骤3具体包括:
3-1:当所述量子可信中继节点发送可信中继指令至相邻量子可信中继节点前,量子可信中继节点利用与相邻量子可信中继节点对应的正向可读子密钥获取量子密钥,将所述量子密钥对应的量子密钥编号与可信中继指令共同发送至相邻量子可信中继节点;
3-2:当所述量子可信中继节点接收与其相邻量子可信中继节点发送的可信中继指令时,量子可信中继节点利用与其相邻量子可信中继节点对应的反向可读子密钥获取相同的量子密钥。
实施例2:
一种双向密钥池的量子可信中继密钥同步系统,如图12所示,包括:
初始化模块,用于对量子可信中继节点的密钥池进行读写分离、双向可读初始化处理,得到初始子密钥池;
写入模块,用于根据所述初始子密钥池的密钥需求量,对所述初始子密钥池进行写入密钥同步;
读取模块,用于利用量子可信中继节点的初始子密钥池进行量子密钥可信中继的读取密钥同步。
一种双向密钥池的量子可信中继密钥同步系统还包括:
密钥存储模块:利用量子可信中继节点的存储介质存放量子密钥数据,向密钥写模块、密钥读模块提供量子密钥数据读取和写入。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (4)
1.一种双向密钥池的量子可信中继密钥同步方法,其特征在于,包括:
S1、对量子可信中继节点的密钥池进行读写分离、双向可读初始化处理,得到初始子密钥池;
S1-1、所述量子可信中继节点的密钥池根据与相邻量子可信中继节点的对称量子密钥关系,得到与相邻量子可信中继节点相对应的子密钥池,对所述子密钥池根据量子可信中继节点ID与相邻量子可信中继节点PID进行标识;
S1-2、所述子密钥池根据量子密钥对称关系写入子密钥池与可信中继指令获取子密钥池中量子密钥传递方向,划分得到可写子密钥池、正向可读子密钥池与反向可读子密钥池;
S1-3、量子密钥分配系统下发相同量子密钥至量子可信中继节点的可写子密钥池和与所述量子可信中继节点的相邻量子可信中继节点的可写子密钥池;
S1-4、利用所述可信中继指令获取所述子密钥池判断量子密钥传递方向,当量子密钥从量子可信中继节点ID传递至相邻量子可信中继节点PID方向时,为正向可读子密钥池获取量子密钥,否则,反向可读子密钥池获取量子密钥;
S2、根据所述初始子密钥池的密钥需求量,对所述初始子密钥池进行写入密钥同步;
S2-1、当量子可信中继节点的正向可读子密钥池的密钥量不足时,量子可信中继节点利用所述可写子密钥池获取一组量子密钥编号,将所述量子密钥编号标识为待移入正向可读子密钥池状态,将所述量子密钥编号发送至相邻量子可信中继节点;
S2-2、所述相邻量子可信中继节点获取量子密钥编号后,利用相邻量子可信中继节点的可写子密钥池获取相同量子密钥编号的量子密钥,将相同量子密钥编号的量子密钥移入对应的相邻量子可信中继节点的反向可读子密钥池;
S2-3、所述相邻量子可信中继节点逆向发送已移入相邻量子可信中继节点的反向可读子密钥池的量子密钥编号至量子可信中继节点;
S2-4、量子可信中继节点接收所述量子密钥编号后,将与量子密钥编号对应的量子密钥移入量子可信中继节点的正向可读子密钥池;
S3、利用量子可信中继节点的初始子密钥池进行量子密钥可信中继的读取密钥同步;
S3-1、当所述量子可信中继节点发送可信中继指令至相邻量子可信中继节点前,量子可信中继节点利用与相邻量子可信中继节点对应的正向可读子密钥池获取量子密钥,将所述量子密钥对应的量子密钥编号与可信中继指令共同发送至相邻量子可信中继节点;
S3-2、当所述量子可信中继节点接收与其相邻量子可信中继节点发送的可信中继指令时,量子可信中继节点利用与其相邻量子可信中继节点对应的反向可读子密钥池获取相同的量子密钥。
2.如权利要求1所述方法,其特征在于,所述量子可信中继节点利用可写子密钥池获取一组量子密钥编号包括:
所述量子可信中继节点的可写子密钥池基于随机选择机制获取一组量子密钥编号。
3.一种基于上述权利要求1-2任一项所述的双向密钥池的量子可信中继密钥同步方法的系统,其特征在于,包括:
初始化模块,用于对量子可信中继节点的密钥池进行读写分离、双向可读初始化处理,得到初始子密钥池;
写入模块,用于根据所述初始子密钥池的密钥需求量,对所述初始子密钥池进行写入密钥同步;
读取模块,用于利用量子可信中继节点的初始子密钥池进行量子密钥可信中继的读取密钥同步。
4.如权利要求3所述系统,其特征在于,一种双向密钥池的量子可信中继密钥同步系统还包括:
密钥存储模块:利用量子可信中继节点的存储介质存放量子密钥数据,向写入模块、读取模块提供量子密钥数据读取和写入。
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