[发明专利]一种基于基站的移动通信终端量子通信方法及系统

说明书

本发明提出一种基于基站的移动通信终端量子通信方法及系统，本发明采用基站作为移动通信终端的中继，使得两个不安装量子密钥分发设备的移动通信终端能够通过基站实现基于BB84的量子通信。本发明针对不同的应用场景提出基于基站的移动通信方案，极大地提高了手机等移动终端间的通信安全性。

技术领域

本发明涉及量子通信领域，尤其涉及一种基于基站的移动通信终端量子通信方法及系统。

背景技术

量子密钥分发(QKD)基于量子力学的基本原理，其传递的量子密钥是无法破解的，具有无条件的安全性，其安全性远高于目前基于数论难解问题构建的RSA等密码体制。现有技术中，用到量子密钥分发(QKD)技术实现量子通信的场景很多，但都是基于通信双方安装QKD设备而实现的。但是对于一些尺寸较小的移动通信终端，例如手机等，由于QKD设备的尺寸较大，价格较高，因此目前还未能将QKD设备集成到这类小型通信终端中，因此，手机等小型移动通信终端设备之间传输的信息依然面临较大的安全性威胁。

如何在手机等小型移动通信终端设备不集成QKD设备的情况下，使手机等小型移动通信终端接入量子通信保密网络，这是本领域的一个技术难题。

发明内容

发明目的：为解决上述技术问题，本发明提出一种基于基站的移动通信终端量子通信方法及系统。

技术方案：本发明以基站作为两个不安装QKD设备的移动通信终端的中继，以实现两个移动通信终端之间的量子通信。本发明针对三种不同的应用场景提出以下技术方案为：

应用场景1：实现通过同一基站接入互联网的两个移动通信终端之间的量子通信。

针对应用场景1，本发明提出一种基于基站的移动通信终端量子通信方法，包括以下步骤：

(1)在移动通信终端上设置真随机数发生器，在基站设置量子密钥分发设备，包括单光子发射模块和单光子检测模块；

(2)两个移动通信终端以基站为中继进行基于BB84协议的量子密钥分发：

发送方移动通信终端通过相应真随机数发生器生成用于选择光子偏振态的第一真随机数序列，并将第一真随机数序列发送给单光子发射模块；单光子发射模块根据第一真随机数序列向单光子检测模块发送相应偏振态的光子；

接收方移动通信终端通过相应真随机数发生器生成用于选择测量基的第二真随机数序列，并将第二真随机数序列发送给单光子检测模块；单光子检测模块根据第二真随机数序列选择相应测量基对接收到的光子进行测量，将得到光子偏振态信息反馈给接收方移动通信终端；

(3)接收方移动通信终端通过经典信道将测量基序列告诉发送方移动通信终端，发送方移动通信终端通过经典信道告诉接收方移动通信终端哪些是正确的测量基序列，通过协商后两个移动通信终端即可以获得按照BB84协议得出的第一量子密钥；然后两个移动通信终端之间再随机的对第一量子密钥中的某些密钥序列进行公开比对，当误码率小于门限值，则双方继续进行比特纠错和隐私放大，然后远程服务器和移动通信终端之间即获得了无条件安全的量子密钥。

进一步的，所述实施在通过同一基站接入互联网的两个移动通信终端之间的方法中，所述移动通信终端与基站配置有同样的密钥池，移动通信终端与基站每次通信时按照预先约定的方式从密钥池中选择相应的随机数序列作为本次通信的对称密钥以进行保密通信。

针对应用场景1，本发明还提出一种基于基站的移动通信终端量子通信系统，包括部署有量子密钥分发设备的基站和通过所述基站接入互联网的至少两个配置有真随机数发生器的移动通信终端；所述基站覆盖范围内的任意两个移动通信终端通过所述方法进行量子通信。

应用场景2：实现通过不同基站接入互联网的两个移动通信终端之间的量子通信，本场景中，所述两个基站之间通过光纤串联若干量子中继器以形成所述两个基站间的量子信道。