[发明专利]星地一体量子网络及其密钥池控制方法

说明书

本发明涉及一种星地一体量子网络及其密钥池控制方法。根据本发明，星地一体量子网络可以包括卫星节点和多个地面站节点，其中：所述地面站节点具有一级密钥池和二级密钥池，所述二级密钥池中的量子密钥由所述一级密钥池提供补充；所述卫星节点具有与所述地面站节点对称的一级密钥池；在所述地面站节点中，关于另一个地面站节点设置的二级密钥池的数量为两个，并且，所述两个二级密钥池中的一个被设置用于由所述两个地面站节点中的一个发起的、在所述两个地面站节点之间进行的密钥业务，所述两个二级密钥池中的另一个被设置用于由所述两个地面站节点中的另一个发起的、在所述两个地面站节点之间进行的密钥业务。

技术领域

本发明涉及量子通信领域，特别涉及星地一体量子网络及其密钥池控制方法。

背景技术

量子密钥分发(下简称QKD)是利用量子系统来进行信息的制备、传输、接收以及提纯来得到物理原理上不会被别人窃取的安全对称密钥，这个过程可以保证通讯双方所获得的密钥是完全一致的，并且任何第三方都无法获得任何关于密钥的信息。

量子密钥分发可以利用光纤信道和自由空间(大气)信道传输量子光信号。光纤量子密钥发分发的收发系统一直处于长时间稳定连接状态，密钥的输出特性是连续和稳定的。所以在光纤量子密钥分发系统中，点对点的量子密钥分发一般是一直在工作的，而端到端的密钥中继任务是由用户节点的密钥池存储量触发，一旦密钥池密钥低于某个阈值，则由一端量子密钥分发设备按照事先配置好的密钥路由进行逐跳中继至对端设备，补充密钥池中的密钥数量。

自由空间量子密钥分发一般利用卫星和地面站实现量子密钥的生成。由于卫星一般处于1000km以下的低轨轨道，只有出现在地面站可视范围内才能进行通信，同时通信时星地距离不断变化，信道衰减不稳定，还需要考虑天气、环境遮挡、时间等因素的影响，所以星地量子密钥分发的密钥输出特性是间断和不稳定的。在墨子号量子科学实验卫星中，星地点对点的密钥分发任务和端到端的密钥中继任务完全依靠人工判断完成。具体的，卫星运控中心掌握卫星轨道数据、地面站天气情况和密钥数据量等关键参数，选择星地对接条件最好的站点安排任务，积累或中继密钥。

发明内容

由于星地量子密钥分发技术发展尚不成熟，目前没法像地面光纤量子密钥分发系统一样自动进行密钥生成和中继，导致网络资源利用率底、运行管理成本较大。同时，由于星地量子密钥分发系统的特殊性，需要考虑各种因素的影响，也无法直接使用光纤量子密钥分发的自动化机制和流程。

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种星地一体量子网络，其中利用量子网络密钥池存储量触发星地量子密钥分发任务，实现对星地一体量子网络密钥池的自动控制；结合星地量子网络密钥分发特点，实现了密钥任务的自动触发；同时，独特的二级密钥池架构设计，能够有效防止各级失步，提高网络运行效率，降低运行管理成本。

本发明的一个方面涉及一种星地一体量子网络，其包括卫星节点和多个地面站节点，其中：

所述地面站节点具有一级密钥池和二级密钥池，所述二级密钥池中的量子密钥由所述一级密钥池提供补充；

所述卫星节点具有与所述地面站节点对称的一级密钥池；

在所述地面站节点中，关于另一个地面站节点设置的二级密钥池的数量为两个，并且，所述两个二级密钥池中的一个被设置用于由所述两个地面站节点中的一个发起的、在所述两个地面站节点之间进行的密钥业务，所述两个二级密钥池中的另一个被设置用于由所述两个地面站节点中的另一个发起的、在所述两个地面站节点之间进行的密钥业务。

进一步地，当某个所述一级密钥池中的量子密钥的存量或者某几个所述一级密钥池中的量子密钥的存量的总和低于阈值时，在所述卫星节点与所述一级密钥池所属的地面站节点之间进行量子密钥分发，以向所述一次密钥池补充量子密钥。