CN114172637B - 基于量子分发的多波排序安全通信方法 - Google Patents

基于量子分发的多波排序安全通信方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114172637B
CN114172637B CN202010950827.4A CN202010950827A CN114172637B CN 114172637 B CN114172637 B CN 114172637B CN 202010950827 A CN202010950827 A CN 202010950827A CN 114172637 B CN114172637 B CN 114172637B
Authority
CN
China
Prior art keywords
data
quantum
communication
ordering
data segments
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010950827.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114172637A (zh
Inventor
杨林
郭凯
曹毅宁
陈实
任双印
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Network Engineering Institute of Systems Engineering Academy of Military Sciences
Original Assignee
Institute of Network Engineering Institute of Systems Engineering Academy of Military Sciences
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Network Engineering Institute of Systems Engineering Academy of Military Sciences filed Critical Institute of Network Engineering Institute of Systems Engineering Academy of Military Sciences
Priority to CN202010950827.4A priority Critical patent/CN114172637B/zh
Publication of CN114172637A publication Critical patent/CN114172637A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114172637B publication Critical patent/CN114172637B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
    • H04L9/0852—Quantum cryptography
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0861—Generation of secret information including derivation or calculation of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0869—Generation of secret information including derivation or calculation of cryptographic keys or passwords involving random numbers or seeds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于量子分发的多波排序安全通信方法，由发送方和接收方执行，通信双方建立量子真随机数同步共享机制，将通信数据拆分成数据块、将数据块按照复用波长数量拆分成数据段，将量子真随机数按定长转化为序号数字，用以从预先商定的排序法则库内提取的排序法则；根据排序法则对数据块内数据段进行排序并逐一调制于不同波长载波；分别探测各波长信号、解译数据段、根据量子真随机数序号对应的排序法则将数据段重组为数据块、将数据块还原为原始通信数据。本发明有效结合波分复用技术、隐藏编码技术和量子通信技术，既成倍提升了单通道通信数据传输速率，又通过增加系统复杂性的方式进一步提升通信数据传输的安全性，有望解决现有量子通信系统速率较低、扩容性较差等技术问题，为以光纤通信为代表的通信网络应用提供全新的隐蔽安全数据传输方案。

Description

基于量子分发的多波排序安全通信方法
技术领域
本发明属于光纤通信和量子通信学科领域，具体是指一种利用量子分发实现远端用户信息同步、将通信数据按序加载在多个波长、通信双方通过量子真随机数同步共享确立波分排序法则、实现高速明文信息隐蔽安全传输的通信方法，尤其涉及一种对关键数据基于量子分发的多波排序安全通信方法、系统及存储介质。
背景技术
量子通信技术的核心是为通信双方建立保真无损地量子态同步共享机制(量子分发)，并根据量子态的实时变化情况确定是否存在针对传输信道的窃听攻击和环境扰动。实时分发的量子态既可携带明文信息实现高安全等级数据传输(量子直接通信)，亦能生成同步共享的量子真随机数(量子密钥分发)。以海森堡测不准原理、量子不可分离原理、量子不可克隆原理为基础的量子直接通信和量子密钥分发理论上具备无条件安全性，是信道安全通信的重要手段。
受限于量子光源输出重复频率、单光子探测器探测效率、传输信道(光纤)损耗等因素制约，“一次一密”工作模式下的量子保密通信速率始终限制在1kbps@100km量级，难以满足现代通信网络的高速数据传输需求；另一方面，光纤通信中较为成熟的波分复用技术为提升单光纤数据传输速率提供了契机。
发明内容
针对现有技术，本发明要解决的技术问题是如何利用量子密钥分发系统实现通信双方量子真随机数同步共享(量子分发)；对通信数据做分块处理、用不同波长载波传输块内不同数据片段、根据量子真随机数生成的序号对复用波长-数据片段对应关系进行实时更新(波分排序)；按照量子真随机数序号探测各波长信号、排序解析数据块并还原原始数据(数据还原)。
为了达到上述效果，本发明提供的基于量子分发的多波排序安全通信方法，由发送方和接收方执行，通信双方建立量子真随机数同步共享机制，将通信数据拆分成数据块、将数据块按照复用波长数量拆分成数据段，将量子真随机数按定长转化为序号数字，用以从预先商定的排序法则库内提取的排序法则；根据排序法则对数据块内数据段进行排序并逐一调制于不同波长载波；分别探测各波长信号、解译数据段、根据量子真随机数序号对应的排序法则将数据段重组为数据块、将数据块还原为原始通信数据。
优选的，上述方法具体包括：
步骤一、量子分发，通过量子态传递实现通信双方真随机数同步共享；
步骤二、波分排序，将通信数据拆分成数据块、将数据块按照复用波长数量拆分成数据段、根据量子真随机数序号选取排序法则、将各数据段按序加载在不同波长载波上；
步骤三、数据还原，分别探测各波长携带的数据段、按序将数据段重组为数据块、将数据块还原为原始通信数据。
优选的，上述同步共享机制通过传统量子密钥分发系统实现，通过量子密钥分发协议获取实时共享量子真随机数。
优选的，上述每个数据段包含几位数据或只包含一位数据。
优选的，上述通信双方之间由独立地量子信道互联；通信双方共享信息满足不可克隆要求和不可复制要求；通信双方通过协商交互和信息后处理可提出错误量子比特，获取同步共享的量子真随机数序列。
优选的，上述通信双方利用量子分发生成的真随机数序号实现排序法则的实时同步共享，将通信数据拆分成块、块内数据拆分成段、数据段按实时更新的排序法则排序、块内数据段由不同复用波长携带，分别探测各波长信号、探测结果按实时更新的排序法则逆向排序、还原原始数据。
优选的，上述数据拆分、排序、传输、逆向排序和还原具体包括：
步骤一、根据量子分发速率和量子随机数序号二进制位数将通信数据拆分成多个数据块；
步骤二、将各数据块拆分成数据段，数量等于复用波长数量；
步骤三、将同一数据块内的数据段分别加载在不同波长载波上，单一载波按时序携带各数据块中的任一数据段；
步骤四、逆向执行上述排序、拆分过程，即可完成通信数据的还原；各通信数据块、通信数据段长度可以相同也可以不同。
优选的，上述通信双方预先商定排序法则库，所述排序法则库内包含多个互不相同的排序法则，排序法则描述了N个复用波长与数据块内数据段的对应关系；排序法则库内存储的排序法则应为总数为N！的排序法则全集的子集。
一种实现上述基于量子分发的多波排序安全通信方法的系统，包括量子光源、偏振控制器、偏振分束器、单光子探测器，系统还包括：
发送方模块和接收方模块，利用量子密钥分发建立真随机数同步共享机制，通过各类量子密钥分发协议获取实时共享量子真随机数；发送方模块和接收方模块之间由独立的量子信道互联；通信双方共享信息满足不可克隆要求和不可复制要求；发送方模块和接收方模块通过协商交互和信息后处理提出错误量子比特，获取同步共享的量子真随机数序列；
量子分发模块，通过量子态传递实现通信双方真随机数同步共享；
波分排序模块，将通信数据拆分成数据块、将数据块按照复用波长数量拆分成数据段、根据量子真随机数序号选取排序法则、将各数据段按序加载在不同波长载波上；
数据还原模块，分别探测各波长携带的数据段、按序将数据段重组为数据块、将数据块还原为原始通信数据。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明有效结合波分复用技术、隐藏编码技术和量子通信技术，既成倍提升了单通道通信数据传输速率，又通过增加系统复杂性的方式进一步提升通信数据传输的安全性，可以解决现有量子通信系统速率较低、扩容性较差等技术问题，为以光纤通信为代表的通信网络应用提供全新的隐蔽安全数据传输方案。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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示出了本发明基于单光子偏振态的量子分发系统示意图；
图2示出了本发明排序置换安全通信方案框架示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本实施例提供一种基于量子分发的多波排序安全通信方法，包括：
S1、量子分发，通过量子态传递实现通信双方真随机数同步共享；
S2、波分排序，将通信数据拆分成数据块、将数据块按照复用波长数量拆分成数据段(每个数据段可以只有一位数据)、根据量子真随机数序号选取排序法则、将各数据段按序加载在不同波长载波上；
S3、数据还原，分别探测各波长携带的数据段、按序将数据段重组为数据块、将数据块还原为原始通信数据。
本发明提供一种基于量子分发的多波排序安全通信方法的实施例，由发送方和接收方执行，通信双方利用量子分发生成的真随机数序号实现排序法则的实时同步共享，将通信数据拆分成块、块内数据拆分成段、数据段按实时更新的排序法则排序、块内数据段由不同复用波长携带，分别探测各波长信号、探测结果按实时更新的排序法则逆向排序、还原原始数据。
本发明提供一种基于量子分发的多波排序安全通信方法的实施例，量子分发可通过量子密钥分发系统实现，通信双方之间由独立地量子信道互联；通信双方共享信息满足不可克隆要求和不可复制要求；通信双方通过协商交互和信息后处理可提出错误量子比特，获取同步共享的量子真随机数序列。量子密钥分发协议包括但不限于BB84协议、E91协议、BBM92协议、高维量子密钥分发协议、时间-能量纠缠协议、TF协议、连续变量量子密钥分发协议等；信息载体包括但不限于光量子、自旋电子等，量子信道包括但不限于光纤、电缆、自由空间等，编码自由度包括但不限于偏振、时间比特、相位、频率、模场、自旋方向等。
在一些实施例中，数据拆分、排序、传输、逆向排序和还原，特征为：首先根据量子分发速率和量子随机数序号二进制位数将通信数据拆分成多个数据块，具体实施为：单位时间内共获得M位量子真随机数、量子真随机数序号占据二进制位数为m、通信数据共L位，则数据块数量为int{L/int{M/m}}+1，其中int{}代表取整运算；其次，将各数据块拆分成数据段，数量等于复用波长数量；再次，将同一数据块内的数据段分别加载在不同波长载波上，亦即单一载波按时序携带各数据块中的任一数据段；最后，逆向执行上述排序、拆分过程，即可完成通信数据的还原；各通信数据块、通信数据段长度可以相同也可以不同(需有额外定义长度协议)；不限定波分复用系统具体实施方式，不限定当通信数据无法拆成定长数据块和定长数据段时的占位方式；使用场景包括但不限于光纤通信、无线电通信、无线光通信等。
在一些实施例中，波分排序需要通信双方预先商定排序法则库，排序法则库内包含多个互不相同的排序法则，排序法则描述了N个复用波长与数据块内数据段的对应关系；排序法则库内存储的排序法则应为总数为N！的排序法则全集的子集；通信双方商定排序法则库的方法包括但不限于手动配置和随机抽样，排序法则库既可以是静态不变的，也可以是动态更新的，更新方式可以但不限于量子真随机数同步共享机制；排序具体实施方式包括但不限于逻辑方式(写入读取)、电学方式(电学交换)和光学方式(光学交换)。
如图1所示，本发明还提供一种基于量子分发的波分排序安全通信系统的实施例，量子光源产生的单光子序列等概率具有四种偏振态H(水平)、V(竖直)、+(45°)、-(135°)中的一种；发送方(Alice)通过偏振控制器和偏振分束器随机选择两组正交基矢中的一组(H/V或+/-)对单光子进行调制；Bob通过偏振控制器和偏振分束器随机选择两组正交基矢中的一组(H/V或+/-)对单光子进行解调并通过单光子探测器探测；Alice和Bob利用公开信道比对测量结果并剔除无效信息，双方获得同步共享的量子(二进制)真随机数序列；以此真随机数序列用作二进制密钥即为量子密钥分发。
如图2所示，为本发明基于量子分发的波分排序安全通信方案的实施例，具体工作流程如下：
S201、发送方Alice和接收方Bob通过量子密钥分发系统实时共享了量子真随机数序列：011100101010001110111000；
S202、Alice将共计64位数据分为八个数据块，每个数据块分为8个数据段(对应8个复用波长)，每个数据段仅包含1位数据；
S203、Alice将量子真随机数序列中每3位分为一组，则可生成十进制随机序列34521670；
S204、Alice根据预先商定的波分排序法则重组数据：第1数据块的8个数据段与复用波长序号的对应关系原为：①-0、②-1、③-0、④-1、⑤-1、⑥-0、⑦-0、⑧-0，现为：⑤-0、④-1、③-0、②-1、①-1、⑧-0、⑦-0、⑥-0；第2数据块的8个数据段与复用波长序号的对应关系原为：①-0、②-1、③-1、④-1、⑤-0、⑥-1、⑦-0、⑧-1；现为：④-0、③-1、②-1、①-1、⑧-0、⑦-1、⑥-0、⑤-1；以此类推，第8数据块的8个数据段与复用波长序号的对应关系原为：①-0、②-1、③-0、④-0、⑤-1、⑥-1、⑦-0、⑧-0，现为：⑧-0、⑦-1、⑥-0、⑤-0、④-1、③-1、②-0、①-0；
S205、Alice利用多波长光源和8通道波分复用器、将64位数据编译在8个波长载波并通过单光纤传输、传输历时8个时钟周期；波长通道①传输数据为11011100，按序分别为第1数据块第5数据段、第2数据块第4数据段、第3数据块第3数据段、第4数据块第6数据段、第5数据块第7数据段、第6数据块第2数据段、第7数据块第1数据段和第8数据块第8数据段，以此类推，每个数据块内的数据段分别由8个波长传输；
S206、Bob利用8通道波分复用器和8个探测器分别探测各波长信号，从第①波长到第⑧探测信号依次为：11011100、11111000、01001111、10010001、01110110、00001110、01010001、00010010；按照实时更新的量子真随机数序号对应的波分排序法则，即可解译出原始信息。
本发明还提供一种基于量子分发的多波排序安全通信方法的实施例，由发送方和接收方执行，包括：
S301、通信双方建立量子真随机数同步共享机制，该过程可通过传统量子密钥分发系统实现，可参考BB84、E91、BBM92等各类量子密钥分发协议获取实时共享量子真随机数；
S302、将通信数据拆分成数据块、将数据块按照复用波长数量拆分成数据段，每个数据段既可以包含几位数据，也可以只包含一位数据；将量子真随机数按定长转化为序号数字(可以通过存储提取-溢出丢弃的方式获得恒定更新速率的序号数字)，用以从预先商定的排序法则库内提取排序法则；根据排序法则对数据块内数据段进行排序并逐一调制于不同波长载波；
S303、分别探测各波长信号、解译数据段、根据量子真随机数序号对应的排序法则将数据段重组为数据块、将数据块还原为原始通信数据，实现波分复用并行传输和实时更新排序的安全通信。
本发明还提供了一种基于量子分发的多波排序安全通信方法的实施例，由发送方和接收方执行，通信双方建立量子真随机数同步共享机制，将通信数据拆分成数据块、将数据块按照复用波长数量拆分成数据段，将量子真随机数按定长转化为序号数字，用以从预先商定的排序法则库内提取排序法则；根据排序法则对数据块内数据段进行排序并逐一调制于不同波长载波；分别探测各波长信号、解译数据段、根据量子真随机数序号对应的排序法则将数据段重组为数据块、将数据块还原为原始通信数据。
步骤一、量子分发，通过量子态传递实现通信双方真随机数同步共享；
步骤二、波分排序，将通信数据拆分成数据块、将数据块按照复用波长数量拆分成数据段、根据量子真随机数序号选取排序法则、将各数据段按序加载在不同波长载波上；
步骤三、数据还原，分别探测各波长携带的数据段、按序将数据段重组为数据块、将数据块还原为原始通信数据。
在一些实施例中，同步共享机制通过传统量子密钥分发系统实现，通过量子密钥分发协议获取实时共享量子真随机数。
在一些实施例中，每个数据段包含几位数据或只包含一位数据。
在一些实施例中，通信双方之间由独立地量子信道互联；通信双方共享信息满足不可克隆要求和不可复制要求；通信双方通过协商交互和信息后处理可提出错误量子比特，获取同步共享的量子真随机数序列。
在一些实施例中，通信双方利用量子分发生成的真随机数序号实现排序法则的实时同步共享，将通信数据拆分成块、块内数据拆分成段、数据段按实时更新的排序法则排序、块内数据段由不同复用波长携带，分别探测各波长信号、探测结果按实时更新的排序法则逆向排序、还原原始数据。
在一些实施例中，数据拆分、排序、传输、逆向排序和还原具体包括：
步骤一、根据量子分发速率和量子随机数序号二进制位数将通信数据拆分成多个数据块；
步骤二、将各数据块拆分成数据段，数量等于复用波长数量；
步骤三、将同一数据块内的数据段分别加载在不同波长载波上，单一载波按时序携带各数据块中的任一数据段；
步骤四、逆向执行上述排序、拆分过程，即可完成通信数据的还原；各通信数据块、通信数据段长度可以相同也可以不同。
在一些实施例中，通信双方预先商定排序法则库，所述排序法则库内包含多个互不相同的排序法则，排序法则描述了N个复用波长与数据块内数据段的对应关系；排序法则库内存储的排序法则应为总数为N！的排序法则全集的子集。
本发明还提供一种实现如上述基于量子分发的多波排序安全通信方法的系统，包括量子光源、偏振控制器、偏振分束器、单光子探测器，系统还包括：
发送方模块和接收方模块，利用量子密钥分发建立真随机数同步共享机制，通过各类量子密钥分发协议获取实时共享量子真随机数；发送方模块和接收方模块之间由独立的量子信道互联；通信双方共享信息满足不可克隆要求和不可复制要求；发送方模块和接收方模块通过协商交互和信息后处理提出错误量子比特，获取同步共享的量子真随机数序列；；
量子分发模块，通过量子态传递实现通信双方真随机数同步共享；
波分排序模块，将通信数据拆分成数据块、将数据块按照复用波长数量拆分成数据段、根据量子真随机数序号选取排序法则、将各数据段按序加载在不同波长载波上；
数据还原模块，分别探测各波长携带的数据段、按序将数据段重组为数据块、将数据块还原为原始通信数据。
本发明还提供一种计算机可读存储介质的实施例，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
1、本发明既能通过波分复用提升单通道通信数据传输速率，又能通过增加系统复杂性的方式提升通信数据的传输安全性；
2、本发明通过量子真随机数同步共享机制为通信双方建立了可靠的信息交互通道，通信双方可在不被窃听的情况下完成波分排序法则的实时更新，拓展了量子分发传递的信息范畴，实现了低速量子分发速率和高速波分复用通信速率的适配融合；
3、本发明所述安全通信方法可与其它各类密码方案平行运转，即输入安全通信系统的信息可以是明文信息也可以是密文信息，对通信网络上层结构不产生任何影响，亦可高度兼容于现有通信网络架构。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
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发明实施例的方法、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。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
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。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种基于量子分发的多波排序安全通信方法，由发送方和接收方执行，通信双方建立量子真随机数同步共享机制，根据量子分发速率和量子随机数序号二进制位数将通信数据拆分成多个数据块，单位时间内共获得 M 位量子真随机数、量子真随机数序号占据二进制位数为 m、通信数据 共 L 位，则数据块数量为 int{L/int{M/m}}+1，其中 int{}代表取整运算；将各数据块拆分成数据段，数量等于复用波长数量，将量子真随机数序列中每 3位分为一组，则可生成十进制随机序列，用以从预先商定的排序法则库内提取的排序法则；根据排序法则对数据块内数据段进行排序并利用多波长光源和 8 通道波分复用器、将 64位数据编译在 8 个波长载波并通过单光纤传输、传输历时 8 个时钟周期；以此类推，每个数据块内的数据段分别由 8 个波长传输；将同一数据块内的数据段分别加载在不同波长载波上，亦即单一载波按时序携带各数据块中的任一数据段；分别探测各波长信号、解译数据段、根据量子真随机数序号对应的排序法则将数据段重组为数据块、将数据块还原为原始通信数据。
2.根据权利要求1所述的基于量子分发的多波排序安全通信方法，其特征在于，所述方法具体包括：
步骤一、量子分发，通过量子态传递实现通信双方真随机数同步共享；
步骤二、波分排序，将通信数据拆分成数据块、将数据块按照复用波长数量拆分成数据段、根据量子真随机数序号选取排序法则、将各数据段按序加载在不同波长载波上；
步骤三、数据还原，分别探测各波长携带的数据段、按序将数据段重组为数据块、将数据块还原为原始通信数据。
3.根据权利要求1或2所述的基于量子分发的多波排序安全通信方法，其特征在于，所述同步共享机制通过传统量子密钥分发系统实现，通过量子密钥分发协议获取实时共享量子真随机数。
4.根据权利要求1或2所述的基于量子分发的多波排序安全通信方法，其特征在于，所述每个数据段仅包含一位数据。
5.根据权利要求4所述的基于量子分发的多波排序安全通信方法，其特征在于，所述通信双方之间由独立地量子信道互联；通信双方共享信息满足不可克隆要求和不可复制要求；通信双方通过协商交互和信息后处理可提出错误量子比特，获取同步共享的量子真随机数序列。
6.根据权利要求1所述的基于量子分发的多波排序安全通信方法，其特征在于，所述通信双方利用量子分发生成的真随机数序号实现排序法则的实时同步共享，将通信数据拆分成块、块内数据拆分成段、数据段按实时更新的排序法则排序、块内数据段由不同复用波长携带，分别探测各波长信号、探测结果按实时更新的排序法则逆向排序、还原原始数据。
7.根据权利要求6所述的基于量子分发的多波排序安全通信方法，其特征在于，所述数据拆分、排序、传输、逆向排序和还原具体包括：
步骤一、根据量子分发速率和量子随机数序号二进制位数将通信数据拆分成多个数据块；
步骤二、将各数据块拆分成数据段，数量等于复用波长数量；
步骤三、将同一数据块内的数据段分别加载在不同波长载波上，单一载波按时序携带各数据块中的任一数据段；
步骤四、逆向执行上述排序、拆分过程，即可完成通信数据的还原；各通信数据块、通信数据段长度相同。
8.根据权利要求1所述的基于量子分发的多波排序安全通信方法，其特征在于，所述通信双方预先商定排序法则库，所述排序法则库内包含多个互不相同的排序法则，排序法则描述了N个复用波长与数据块内数据段的对应关系；排序法则库内存储的排序法则应为总数为N！的排序法则全集的子集。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1-8任一项所述方法的步骤。
CN202010950827.4A 2020-09-11 2020-09-11 基于量子分发的多波排序安全通信方法 Active CN114172637B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010950827.4A CN114172637B (zh) 2020-09-11 2020-09-11 基于量子分发的多波排序安全通信方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010950827.4A CN114172637B (zh) 2020-09-11 2020-09-11 基于量子分发的多波排序安全通信方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114172637A CN114172637A (zh) 2022-03-11
CN114172637B true CN114172637B (zh) 2023-07-14

Family

ID=80475794

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010950827.4A Active CN114172637B (zh) 2020-09-11 2020-09-11 基于量子分发的多波排序安全通信方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114172637B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000004654A1 (en) * 1998-07-17 2000-01-27 Lynx Photonic Networks Inc. Method and routing systems for optical data transmission
CN1458749A (zh) * 2002-05-15 2003-11-26 深圳市中兴通讯股份有限公司 一种量子安全通信方法
US9635011B1 (en) * 2014-08-27 2017-04-25 Jonetix Corporation Encryption and decryption techniques using shuffle function
CN108768542A (zh) * 2018-05-02 2018-11-06 三峡大学 一种基于随机数的语音信号量子加密通信系统
WO2019078601A2 (ko) * 2017-10-17 2019-04-25 주식회사 마스터비디 순수난수 생성장치, 그리고 이에 적용되는 인증 방법, 컴퓨터 프로그램 및 기록매체
CN110519050A (zh) * 2019-08-19 2019-11-29 中国电子科技集团公司第三十研究所 基于量子真随机数交换与黑盒映射的密钥协商方法
CN111510224A (zh) * 2020-03-20 2020-08-07 军事科学院系统工程研究院网络信息研究所 基于波分复用编码和密钥存储转换的量子通信方法及系统

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102055584B (zh) * 2009-10-28 2012-12-12 中国科学院半导体研究所 一种光纤保密通信装置及其数据加密方法
FR3012274B1 (fr) * 2013-10-18 2019-04-19 Thales Procede d'emission et procede de reception d'un flux de donnees binaires, emetteur et recepteur pour la mise en oeuvre du procede

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000004654A1 (en) * 1998-07-17 2000-01-27 Lynx Photonic Networks Inc. Method and routing systems for optical data transmission
CN1458749A (zh) * 2002-05-15 2003-11-26 深圳市中兴通讯股份有限公司 一种量子安全通信方法
US9635011B1 (en) * 2014-08-27 2017-04-25 Jonetix Corporation Encryption and decryption techniques using shuffle function
WO2019078601A2 (ko) * 2017-10-17 2019-04-25 주식회사 마스터비디 순수난수 생성장치, 그리고 이에 적용되는 인증 방법, 컴퓨터 프로그램 및 기록매체
CN108768542A (zh) * 2018-05-02 2018-11-06 三峡大学 一种基于随机数的语音信号量子加密通信系统
CN110519050A (zh) * 2019-08-19 2019-11-29 中国电子科技集团公司第三十研究所 基于量子真随机数交换与黑盒映射的密钥协商方法
CN111510224A (zh) * 2020-03-20 2020-08-07 军事科学院系统工程研究院网络信息研究所 基于波分复用编码和密钥存储转换的量子通信方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN114172637A (zh) 2022-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110198189B (zh) 基于芯片集成光路的高维复用量子通信方法、系统及存储介质
US10079676B2 (en) Optical cryptography systems and methods
CN111510224B (zh) 基于波分复用编码和密钥存储转换的量子通信方法及系统
EP3043507A1 (en) Practical quantum cryptography with everlasting security
CN106161010A (zh) 高成码率点对点qkd系统以及发射端、接收端和qkd方法
CN114172587B (zh) 基于冗余校验和纠错重传的量子直接通信方法
Xiang et al. Limited resource semi-quantum secret sharing based on multi-level systems
Thapliyal et al. Kak’s three-stage protocol of secure quantum communication revisited: hitherto unknown strengths and weaknesses of the protocol
CN114172637B (zh) 基于量子分发的多波排序安全通信方法
CN101827149B (zh) 量子保密电话
CN114172635B (zh) 基于量子分发的双速业务混叠通信方法
CN113890735A (zh) 基于量子密钥分发的大质数累乘对称加密方法
CN114172638B (zh) 基于多模型数据融合的量子加密通信方法及系统
CN205986907U (zh) 高成码率点对点qkd系统以及发射端、接收端
CN214281393U (zh) 一种相位编码量子密钥分发系统
CN114172639B (zh) 基于区块链的量子加密通信方法
CN114172636B (zh) 关键数据量子加密的混合式安全通信方法
CN114172640B (zh) 基于量子分发的排序置换安全通信方法
CN114172641B (zh) 探测驱动的双工双向量子加密通信方法
CN116170082B (zh) 通信授时一体化的量子通信方法
US11743037B2 (en) Quantum key distribution system and method for performing differential phase shift in a quantum network
CN113949506B (zh) 基于量子分发波形共享的安全通信方法
Garcia-Callejo et al. A Review on Continuous-Variable Quantum Key Distribution Security
CN113946316A (zh) 基于单光子序列编码随机数生成方法
Litvinov et al. Visual media for monitoring trunk quantum networks

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant