[发明专利]基于中继站的复杂拓扑网络密钥分配系统的实现方法

说明书

本发明公开了基于中继站的复杂拓扑网络密钥分配系统的实现方法，处于拓扑网络的多个发送方各自产生双模纠缠量子态，每个发送方保留一个双模纠缠量子态中的一个模，并将另外一个模经过量子信道送至由多个平衡分束器和多个零差探测器构成的中继站。中继站将接收到的模进行测量并公开其测量结果，而后多个发送方利用公开测量的结果对各自保留的模进行操作，从而获得一致的安全的密钥。本发明推进了量子密码的实用化，同时能使量子通信适用于复杂的拓扑网络环境中。

技术领域

本发明属于量子密钥分发技术领域，涉及一种基于中继站的复杂拓扑网络密钥分配系统的实现方法。

背景技术

随着分布式大规模计算技术的发展，以及在实际情况下密钥长度是有限的，经典加密算法存在被破解的可能。而量子密码的出现，为保密通信带来的新的发展空间。量子密码为合法通信双方提供基于物理原理的加密方式，在近年备受关注。基于量子力学的“海森堡测不准原理”、“不可克隆和不可复制原理”设计的保密通信技术具有对信道窃听行为的可检测性和协议的可证明理论安全性两个特征。

利用物理学中本征态本身所具有的连续谱和离散谱两种不同的特征，可以实现连续变量和离散变量两种量子密钥分发。而通常所说的离散变量量子密钥分发具体是指利用表示在有限维希尔伯特空间的离散变量进行密钥分发，最常见的即光的偏振；而连续变量量子密钥分发是指理论上能够利用表示在无限维希尔伯特空间的连续变量进行密钥分发，这样的连续量子变量每个值都对应不同的正交变量，最常见的即光场的正交相位和正交振幅。因此从理论上来说，连续变量量子密钥分发具有一些自有的特征，比如，连续变量量子密钥分发单个脉冲可以编码多比特信息，从而有可能产生较大的安全码率；连续变量可以产生更高的探测效率，而且有现成的激光源，同时有可以直接集成到当前的电信系统的潜力等。

相对于离散变量量子密钥分发，连续变量量子密钥分发还存在几大问题。比如，连续变量的传输距离太短的问题。主要的原因是通信者之间传输的初始密钥数据一般为高斯随机值，这种数据在连续类型的经典后处理中比离散类型的要复杂的多。针对这个问题，诸多学者已经提出了多种解决方案，比如在低信噪比的条件下保证比较高的和解率，运用无噪线性放大器或者是光子减法操作等。

此外，连续变量量子密钥分发还存在一大问题，以往的连续变量量子密钥分发方案都是点对点的通信方案。在这种通信模型中只存在两个通信者，发送方和接收方。但是在现有的复杂的拓扑网络环境下，信息传输中往往会出现多个通信者。此时的通信模型，就不能再简化成一般的点对点的通信方案了。即，点对点的量子密钥分配方案不适用于复杂的网络环境中。因此，如何建立适用于复杂网络环境下的多方量子密钥分发方案，是目前的一个研究热点。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供一种基于中继站的复杂拓扑网络密钥分配系统装置及实现方法，解决了现有技术中点对点的量子密钥分配方案不适用于复杂的网络环境的问题。

本发明所采用的技术方案是，基于中继站的复杂拓扑网络密钥分配系统的实现方法，具体按照以下步骤进行：

步骤A、连续变量初始密钥分发步骤：处于拓扑网络的多个发送方各自产生双模纠缠量子态，每个发送方保留一个双模压缩态中的一个模，并将另外一个模经过量子信道送至由多个平衡分束器构成的中继站；

步骤B、连续变量密钥测量步骤：中继站将接收到的模进行测量并公开其测量结果，并将测量结果发送给多个发送方；

步骤C、多个发送方利用公开测量的结果对各自保留的模进行操作，从而获得一致的安全的密钥。