[实用新型]一种长距离混合式抗量子计算通信系统

说明书

本实用新型公开了一种长距离混合式抗量子计算通信系统，包括与后端节点生成共同的第一量子密钥的发送终端；对第一量子密钥采用抗量子计算密码算法进行公钥加密生成传送信息、与中继节点二共同生成第二量子密钥并利用第二量子密钥加密传送信息的中继节点一；用与上一节点共同生成的量子密钥解密传送信息并与下一节点生成共同的新量子密钥并利用新量子密钥加密传送信息的中继节点；用与最后一个中继节点N共同生成的第N+1量子密钥解密传送信息并利用抗量子计算算法私钥进一步解密传送信息获得第一量子密钥的接收终端。该系统为长距离量子密钥分发提供硬件基础，发送终端之后的传输的信息均能够抗量子计算，其信息安全性高。

技术领域

本实用新型涉及抗量子计算通讯系统领域，具体涉及一种长距离混合式抗量子计算通信系统。

背景技术

量子计算机具有强大的并行计算能力，人们可以利用量子计算机进行量子模拟、新材料研发、药物研发、基因工程、求解复杂优化问题等任务。未来还可以将量子计算机联网形成量子互联网Quantum Internet，并进行分布式量子计算。但是，量子计算机也将会给现在使用的密码体系带来重大的安全威胁，目前最常用的ECDSA、RSA、DSA等在理论上都不能承受量子攻击。根据理论预测，对于一定长度的基于非对称椭圆曲线加密算法ECC密钥，用目前超级计算机需要几十年才能破解的密码如果采用具有数千个量子比特的量子计算机及Shor算法预计数十分钟就可以破解。由于量子计算机将对目前广泛采用的基于数学算法加密的信息网络造成重大的威胁，因此我们必须提出抗量子计算的安全通信方法。目前可以采用两种方法：一是量子密钥分发，一是抗量子计算密码。

量子密钥分发(Quantum Key Distribution, QKD)是利用光子的量子性质而分配密钥的一种方式，通过这种方式产生的密钥可以不断地给用户提供新的随机密钥，而且这是来自于物理层的随机性。在量子密钥分发的过程中，并不直接将密钥通过信道传给对方，而是双方经过进一步协商后产生密钥，如果中间有人试图窃听，那么就会增加系统的误码率而被发现，通信双方就可以舍弃这一段不安全的密钥而协商新的随机密钥。相比基于数学算法的密钥，量子密钥是基于物理上的安全，因此即使运算能力强大的量子计算机也无法对其进行计算破解。1984年IBM的科学家Charles Bennett及其合作者提出了首个量子密钥分发协议BB84协议，之后又发展出了E91、B92、MDI-QKD等协议。中国在这个领域后来居上，目前处于世界最领先的水平。

另一方面，由于量子计算机并非对所有数学问题求解都具有加速作用，因此可以利用量子计算机不擅长的某些数学问题来设计加密算法，即抗量子计算密码。各国学者已经提出了多种抗量子计算密码体制，其中以多变量公钥密码体制类居多，也提出了基于格的密码体制、基于纠错码的体制和基于Hash函数的签名方案。目前，初步形成了以多变量公钥密码体制、基于 Hash 函数的数字签名方案、基于编码的密码体制和基于格的密码为主的几类抗量子密码体制。

抗量子密码是基于量子计算机不具有优势的数学算法，不需要量子硬件设备即可在现有的信息网络上部署使用，不受传输距离限制，安全性相对量子密钥略差，但相对目前采用的传统的公钥密码更安全。相比之下，量子密钥对于抗量子计算具有基于物理的最高的安全性，但是其传输距离有限，目前基于光纤的量子密钥分发最长距离在400多公里。因此目前要实现长距离的量子密钥分发，需要采用可信中继站，但是，如果基于可信中继站的长距离量子密钥分发一旦中间某个可信节点处信息被暴露或者遭遇量子计算攻击，整个通信线路上的信息就不再安全。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述技术问题提供一种长距离混合式抗量子计算通信系统。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种长距离混合式抗量子计算通信系统，包括：

与中继节点一生成共同的第一量子密钥的发送终端；