CN115276987B - 用于生成量子密钥分发设备的成码率的方法、装置、介质和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于生成量子密钥分发设备的成码率的方法、装置、介质和设备，所述方法包括：响应于量子密钥分发设备产生的量子密钥的密钥量达到设定阈值而将产生的量子密钥以帧数据的形式从量子密钥分发设备传送至上位机；将产生的量子密钥接收至上位机的队列容器中，队列容器包括按照预定时间间隔依次排列的多个元素，每个元素包括一个或多个帧数据；确定产生的量子密钥在队列容器中对应的起始元素和结束元素；根据起始元素和结束元素之间的时间间隔确定产生所述密钥量所需的时间；将所述密钥量与所述时间之比确定为量子密钥分发设备的成码率。本发明能够减少由于单位时间内获取到的密钥量不一致而导致成码率曲线出现锯齿多且波动范围大的问题。

Description

用于生成量子密钥分发设备的成码率的方法、装置、介质和 设备

技术领域

本发明涉及量子通信技术领域，尤其涉及用于生成量子密钥分发设备的成码率的方法、装置、介质和设备。

背景技术

量子密钥分发（Quantum Key Distribution，简称QKD）设备的成码率是其性能最重要的技术指标，它反映了量子密钥分发设备的分发效率，也决定了量子密钥分发设备的应用范围。

通常，量子密钥分发设备将其产生的量子密钥发送至上位机，由上位机根据其在单位时间（例如，每秒钟）内接收到的密钥量来计算成码率。然而，由于上位机在单位时间内接收到的密钥量经常会不一致，因此在统计单位时长的成码率时，可能会导致针对量子密钥分发设备生成的成码率发生很大的波动（如图8所示），使得其无法反映量子密钥分发设备的真实成码状况。

发明内容

本发明的目的在于提供用于生成量子密钥分发设备的成码率的方法、装置、介质和设备。

根据本发明的一方面，提供一种用于生成量子密钥分发设备的成码率的方法，所述方法包括：响应于所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥的密钥量达到设定阈值而将所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥以帧数据的形式从所述量子密钥分发设备传送至上位机；将所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥接收至所述上位机的队列容器中，所述队列容器包括按照预定时间间隔依次排列的多个元素，每个元素包括一个或多个帧数据；确定所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥在所述队列容器中对应的起始元素和结束元素；根据所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥在所述队列容器中对应的起始元素和结束元素之间的时间间隔确定所述量子密钥分发设备每次产生所述密钥量所需的时间；将所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥的密钥量与所述量子密钥分发设备每次产生所述密钥量所需的时间之比确定为所述量子密钥分发设备的成码率。

根据本发明的一个实施例，所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥在所述队列容器中对应的结束元素基于所述量子密钥分发设备下次产生的量子密钥在所述队列容器中对应的起始元素确定。

根据本发明的另一方面，提供一种用于生成量子密钥分发设备的成码率的装置，所述装置包括：量子密钥产生单元，被配置为响应于所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥的密钥量达到设定阈值而将所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥以帧数据的形式从所述量子密钥分发设备传送至上位机；量子密钥采集单元，被配置为将所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥接收至所述上位机的队列容器中，所述队列容器包括按照预定时间间隔依次排列的多个元素，每个元素包括一个或多个帧数据；起始结束确定单元，被配置为确定所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥在所述队列容器中对应的起始元素和结束元素；时间计算单元，被配置为根据所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥在所述队列容器中对应的起始元素和结束元素之间的时间间隔确定所述量子密钥分发设备每次产生所述密钥量所需的时间；成码率计算单元，被配置为将所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥的密钥量与所述量子密钥分发设备每次产生所述密钥量所需的时间之比确定为所述量子密钥分发设备的成码率。

根据本发明的一个实施例，所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥在所述队列容器中对应的结束元素基于所述量子密钥分发设备下次产生的量子密钥在所述队列容器中对应的起始元素确定。

根据本发明的另一方面，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序在被处理器执行时，实现如前面所述的用于生成量子密钥分发设备的成码率的方法。

根据本发明的另一方面，提供一种计算机设备，所述计算机设备包括：处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如前面所述的用于生成量子密钥分发设备的成码率的方法。

本发明所提供的用于生成量子密钥分发设备的成码率的方法、装置、介质和设备不仅能够真实地反映量子密钥分发设备的成码状况，而且还能够最大限度地减少由于单位时间内获取到的量子密钥的数据量不一致而导致成码率曲线出现锯齿多且波动范围大的问题。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述目的和特点将会变得更加清楚。

图1示出了根据本发明的示例性实施例的量子密钥在量子密钥分发设备中的各个产生时段与量子密钥在上位机中的各个采集时段之间的示意性时序图。

图2示出了根据本发明的示例性实施例的用于生成量子密钥分发设备的成码率的方法的示意性流程图。

图3示出了根据本发明的示例性实施例的用于接收来自量子密钥分发设备的量子密钥的队列容器的数据结构的示意图。

图4示出了使用图2所示的方法来计算量子密钥分发设备的成码率的示意图。

图5示出了使用相关技术中的方法来计算量子密钥分发设备的成码率的示意图。

图6示出了根据本发明的示例性实施例的用于生成量子密钥分发设备的成码率的装置的示意性结构框图。

图7示出了使用图2所示的方法生成量子密钥分发设备的成码率曲线的示意图。

图8示出了使用相关技术中的方法生成量子密钥分发设备的成码率曲线的示意图。

具体实施方式

下面，将参照附图来详细说明本发明的实施例。

图1示出了根据本发明的示例性实施例的量子密钥在量子密钥分发设备中的各个产生时段与量子密钥在上位机中的各个采集时段之间的示意性时序图。

参照图1，第一行示出了量子密钥在量子密钥分发设备中的各个产生时段T1、T2、T3、……，第二行示出了量子密钥在上位机中的各个采集时段t1、t2、t3、……。在图1示出的时序中，当量子密钥分发设备在时段T1产生的量子密钥的密钥量达到设定阈值时，紧接着，上位机在时段t1接收来自量子密钥分发设备在时段T1产生的量子密钥；当量子密钥分发设备在时段T2产生的量子密钥的密钥量达到设定阈值时，紧接着，上位机在时段t2接收来自量子密钥分发设备在时段T2产生的量子密钥；当量子密钥分发设备在时段T3产生的量子密钥的密钥量达到设定阈值时，紧接着，上位机在时段t3接收来自量子密钥分发设备在时段T3产生的量子密钥。也就是说，量子密钥分发设备每在一个产生时段产生一定量的量子密钥，上位机就会在一个相应的采集时段接收量子密钥分发设备在该产生时段产生的量子密钥，在连续产生和采集的情况下，上位机中的下一个采集时段的起始时刻可对应于量子密钥分发设备中的上一个产生时段的结束时刻，如图1所示，上位机中的采集时段t2的起始时刻对应于量子密钥分发设备中的产生时段T1的结束时刻，上位机中的采集时段t3的起始时刻对应于量子密钥分发设备中的产生时段T2的结束时刻。这使得量子密钥分发设备中的每个产生时段的持续时间与上位机中的相应的采集时段的持续时间相同，如图1所示，量子密钥分发设备中的产生时段T1的持续时间与上位机中的采集时段t1的持续时间相同，量子密钥分发设备中的产生时段T2的持续时间与上位机中的采集时段t2的持续时间相同，量子密钥分发设备中的产生时段T3的持续时间与上位机中的采集时段t3的持续时间相同。

利用上述特性，本发明在下文中提出了用于生成量子密钥分发设备的成码率的方法、装置、介质和设备。

图2示出了根据本发明的示例性实施例的用于生成量子密钥分发设备的成码率的方法的示意性流程图。

参照图2，根据本发明的示例性实施例的用于生成量子密钥分发设备的成码率的方法可包括如下步骤。

在步骤201，可响应于量子密钥分发设备每次产生的量子密钥的密钥量达到设定阈值而将量子密钥分发设备每次产生的量子密钥以帧数据的形式从量子密钥分发设备传送至上位机。

在示例中，每一个帧数据的数据量是固定的（例如，1M左右），当量子密钥分发设备在一个产生时段产生一定量（例如，100M）的量子密钥时，可将其产生的量子密钥拆分成多个帧数据，然后通过经典通信方式（诸如，但不限于，TCP协议）将这些帧数据传送至上位机进行成码率的计算。

在步骤202，可将量子密钥分发设备每次产生的量子密钥接收至上位机的队列容器中，该队列容器可包括按照预定时间间隔依次排列的多个元素，每个元素可包括一个或多个帧数据。

在示例中，队列容器可使用数组实现，数组可使得上位机在单位时间内从量子密钥分发设备接收到的帧数据具有连续并且长度固定的计算机内存地址，并且数组中的各个元素与内存地址之间具有一对一关系的存储结构。例如，在上位机中，可设置一个定时器将上位机在单位时间（例如，但不限于，1秒）内从量子密钥分发设备接收到的帧数据按照时间以顺序存储方式依次存储在数组的元素中。

图3示出了根据本发明的示例性实施例的用于接收来自量子密钥分发设备的量子密钥的队列容器的数据结构的示意图。

参照图3，第一行示出了在上位机中用于接收来自量子密钥分发设备的量子密钥的各个采集时段t1、t2、t3、……，第二行示出了用于接收来自量子密钥分发设备在各个产生时段产生的量子密钥的队列容器Queue。在图3示出的队列容器Queue中，每个元素可用于存储上位机在单位时间（诸如，但不限于，1秒）内从量子密钥分发设备接收到的帧数据，与采集时段t1对应的元素Queue[0]至Queue[7]分别存储有10M、30M、40M、20M、0M、0M、0M和0M数据，与采集时段t2对应的元素Queue[8]至Queue[15]分别存储有20M、20M、50M、10M、0M、0M、0M和0M数据，与采集时段t3对应的元素Queue[16]至Queue[23]分别存储有20M、30M、10M、40M、0M、0M、0M和0M数据。

在步骤203，可确定量子密钥分发设备每次产生的量子密钥在队列容器中对应的起始元素和结束元素。

继续参照图1和图3，Queue[0]和Queue[7]可分别对应于采集时段t1的起始时刻和结束时刻，Queue[8]和Queue[15]可分别对应于采集时段t2的起始时刻和结束时刻，Queue[16]和Queue[23]可分别对应于采集时段t3的起始时刻和结束时刻，以此类推。换言之，量子密钥分发设备在产生时段T1产生的量子密钥在队列容器Queue中对应的起始元素和结束元素分别为Queue[0]和Queue[7]，量子密钥分发设备在产生时段T2产生的量子密钥在队列容器Queue中对应的起始元素和结束元素分别为Queue[8]和Queue[15]，量子密钥分发设备在产生时段T3产生的量子密钥在队列容器Queue中对应的起始元素和结束元素分别为Queue[16]和Queue[23]，以此类推。在图3示出的队列容器Queue中，各个采集时段可以以这样一些元素间隔开，这些元素存储的数据量为0M，也就是说，这些元素在相应的时刻并未从量子密钥分发设备接收到帧数据。因此，在示例中，量子密钥分发设备每次产生的量子密钥在所述队列容器中对应的结束元素可基于量子密钥分发设备下次产生的量子密钥在队列容器中对应的起始元素确定。例如，可设置另一定时器来获取量子密钥分发设备下次产生的量子密钥在队列容器中对应的起始元素。

在步骤204，可根据量子密钥分发设备每次产生的量子密钥在队列容器中对应的起始元素和结束元素之间的时间间隔确定量子密钥分发设备每次产生该密钥量所需的时间。

在示例中，在获取到量子密钥分发设备每次产生的量子密钥在队列容器中对应的起始元素之后，可以此确定出量子密钥分发设备每次产生的量子密钥在队列容器中对应的结束元素，然后，可根据确定的起始元素和结束元素之间的时间间隔确定量子密钥分发设备每次产生一定量的密钥量所需的时间。如图3所示，可根据量子密钥分发设备在产生时段T1产生的量子密钥在队列容器Queue中对应的起始元素Queue[0]和结束元素Queue[7] 之间的时间间隔确定出量子密钥分发设备在产生时段T1产生100M的密钥量所需的时间为8s，可根据量子密钥分发设备在产生时段T2产生的量子密钥在队列容器Queue中对应的起始元素Queue[8]和结束元素Queue[15] 之间的时间间隔确定出量子密钥分发设备在产生时段T2产生100M的密钥量所需的时间为8s，可根据量子密钥分发设备在产生时段T3产生的量子密钥在队列容器Queue中对应的起始元素Queue[16]和结束元素Queue[23] 之间的时间间隔确定出量子密钥分发设备在产生时段T3产生100M的密钥量所需的时间为8s，以此类推。

在步骤105，可将量子密钥分发设备每次产生的量子密钥的密钥量与量子密钥分发设备每次产生该密钥量所需的时间之比确定为量子密钥分发设备的成码率。

下面，将结合图4和图5来进一步详细地描述成码率的计算过程。

图4示出了使用图2所示的方法来计算量子密钥分发设备的成码率的示意图。作为对比，图5示出了使用相关技术中的方法计算量子密钥分发设备的成码率的示意图。

参照图4，根据图2所示的方法，量子密钥分发设备在产生时段T1的成码率可计算为（10M+30M+40M+20M）/ 8s = 12.5 M/s，量子密钥分发设备在产生时段T2的成码率可计算为（10M+30M+40M+20M+20M+20M+50M+10M）/ 16s = 12.5 M/s。

参照图5，根据相关技术中的方法，量子密钥分发设备在产生时段T1的成码率可计算为（10M+30M+40M+20M+20M+20M）/10s = 14 M/s，量子密钥分发设备在产生时段T2的成码率可计算为（30M+40M+20M+20M+20M+50M）/ 10s = 18 M/s。

可见，相比于图2所示的方法，使用相关技术中的方法得到的成码率可能会由于单位时间内获取到的量子密钥的数据量不一致而导致计算的量子密钥分发设备的成码率发生较大的波动，而使用图2所示的方法得到的成码率则可在很大程度上避免由于单位时间内获取到的量子密钥的数据量不一致而导致计算的量子密钥分发设备的成码率发生较大的波动的问题。

图6示出了根据本发明的示例性实施例的用于生成量子密钥分发设备的成码率的装置的示意性结构框图。

参照图6，根据本发明的示例性实施例的用于生成量子密钥分发设备的成码率的装置可包括量子密钥产生单元601、量子密钥采集单元602、起始结束确定单元603、时间计算单元604和成码率计算单元605。

在图2示出的装置中，量子密钥产生单元601可被配置为响应于量子密钥分发设备每次产生的量子密钥的密钥量达到设定阈值而将量子密钥分发设备每次产生的量子密钥以帧数据的形式从量子密钥分发设备传送至上位机；量子密钥采集单元602可被配置为将量子密钥分发设备每次产生的量子密钥接收至上位机的队列容器中，该队列容器包括按照预定时间间隔依次排列的多个元素，每个元素包括一个或多个帧数据；起始结束确定单元603可被配置为确定量子密钥分发设备每次产生的量子密钥在所述队列容器中对应的起始元素和结束元素；时间计算单元604可被配置为根据量子密钥分发设备每次产生的量子密钥在队列容器中对应的起始元素和结束元素之间的时间间隔确定量子密钥分发设备每次产生该密钥量所需的时间；成码率计算单元605可被配置为将量子密钥分发设备每次产生的量子密钥的密钥量与量子密钥分发设备每次产生该密钥量所需的时间之比确定为量子密钥分发设备的成码率。

在示例中，量子密钥分发设备每次产生的量子密钥在所述队列容器中对应的结束元素可基于量子密钥分发设备下次产生的量子密钥在队列容器中对应的起始元素确定。

在图6示出的装置中，量子密钥产生单元601可设置在量子密钥分发设备QKD中，量子密钥采集单元602、起始结束确定单元603、时间计算单元604和成码率计算单元605可设置在上位机UC中。

图7示出了使用图2所示的方法生成量子密钥分发设备的成码率曲线的示意图。作为对比，图8示出了使用相关技术中的方法生成量子密钥分发设备的成码率曲线的示意图。

可以看出，相对于在相关技术中单纯地以在单位时间内获取的量子密钥的密钥量来计算量子密钥分发设备的成码率的方式，根据本发明的示例性实施例的用于生成量子密钥分发设备的成码率的方法得到的量子密钥分发设备的成码率曲线更加平稳，其可最大限度地避免出现如图8所示的锯齿多且波动范围大的情况。

根据本发明的示例性实施例还可提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质存储有当被处理器执行时使得处理器执行根据本发明的用于生成量子密钥分发设备的成码率的方法的计算机程序。该计算机可读记录介质是可存储由计算机系统读出的数据的任意数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波（诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输）。

根据本发明的示例性实施例还可提供一种计算机设备。该计算机设备包括处理器和存储器。存储器用于存储计算机程序。所述计算机程序被处理器执行使得处理器执行根据本发明的用于生成量子密钥分发设备的成码率的方法的计算机程序。

尽管已参照优选实施例表示和描述了本申请，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本申请的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和变换。

Claims (6)

1.一种用于生成量子密钥分发设备的成码率的方法，其特征在于，所述方法包括：

响应于所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥的密钥量达到设定阈值而将所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥以帧数据的形式从所述量子密钥分发设备传送至上位机；

将所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥接收至所述上位机的队列容器中，所述队列容器包括按照预定时间间隔依次排列的多个元素，每个元素包括一个或多个帧数据；

确定所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥在所述队列容器中对应的起始元素和结束元素；

根据所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥在所述队列容器中对应的起始元素和结束元素之间的时间间隔确定所述量子密钥分发设备每次产生所述密钥量所需的时间；

将所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥的密钥量与所述量子密钥分发设备每次产生所述密钥量所需的时间之比确定为所述量子密钥分发设备的成码率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥在所述队列容器中对应的结束元素基于所述量子密钥分发设备下次产生的量子密钥在所述队列容器中对应的起始元素确定。

3.一种用于生成量子密钥分发设备的成码率的装置，其特征在于，所述装置包括：

量子密钥产生单元，被配置为响应于所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥的密钥量达到设定阈值而将所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥以帧数据的形式从所述量子密钥分发设备传送至上位机；

量子密钥采集单元，被配置为将所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥接收至所述上位机的队列容器中，所述队列容器包括按照预定时间间隔依次排列的多个元素，每个元素包括一个或多个帧数据；

起始结束确定单元，被配置为确定所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥在所述队列容器中对应的起始元素和结束元素；

时间计算单元，被配置为根据所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥在所述队列容器中对应的起始元素和结束元素之间的时间间隔确定所述量子密钥分发设备每次产生所述密钥量所需的时间；

成码率计算单元，被配置为将所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥的密钥量与所述量子密钥分发设备每次产生所述密钥量所需的时间之比确定为所述量子密钥分发设备的成码率。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述量子密钥分发设备每次产生的量子密钥在所述队列容器中对应的结束元素基于所述量子密钥分发设备下次产生的量子密钥在所述队列容器中对应的起始元素确定。

5.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其中，当所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1至2中任意一项所述的用于生成量子密钥分发设备的成码率的方法。

6.一种计算设备，包括：

处理器；

存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1至2中任意一项所述的用于生成量子密钥分发设备的成码率的方法。

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