基于可信任中继的融合型量子密钥分配网络路由算法研究
发布时间：2020-06-07 21:03
【摘要】：量子密钥分配(Quantum Key Distribution,QKD)技术可以实现理论上绝对安全的保密通信。目前对于QKD网络的研究大多数集中在专用QKD网络中,但建设专用QKD网络花费巨大,难以普及。如何在经典光网络基础上搭建QKD网络,是普及量子保密通信的关键之一。本文针对基于经典光网络的融合型QKD网络进行研究,为解决大规模融合型QKD网络中量子密钥分配以及量子加密数据传输的相关问题做了以下工作:(1)提出了一种融合型QKD网络的网络架构和节点结构。本文将融合型QKD网络中的服务节点划分为经典服务节点和融合型服务节点。同时将网络划分为加密数据传输层和全局密钥传输层,两层拥有独立的路由表,但路由协议包统一由加密数据传输层传输,以节省量子密钥。根据本文提出的网络架构和节点结构,可以实现在经典光网络的基础上,搭建高效、可靠、量子密钥节约的融合型QKD网络。(2)基于上述网络架构及节点结构提出了一种量子密钥节约型路由算法。该路由算法以最短路径路由算法为基础,以融合型服务节点中本地量子密钥数量为权重,从前k条最短路径中挑选出服务节点最少的路径作为最优路径,同时考虑了经典信号对量子密钥生成速率的影响。通过与传统最短路径算法仿真比较,该路由算法有效地减少了网络中量子密钥的消耗量。(3)提出了一种针对应用层的量子密钥提供机制。该机制首先使用单速单桶令牌桶算法进行流量监管,然后根据应用字典将流量分为高、普通、低加密等级,从量子节点的密钥池储存技术出发,通过不同的算法对不同等级的应用流量进行流量整形。通过仿真验证,该机制可以有效防止量子加密接口拥塞,使融合型服务节点可以同时为多个应用高效、公平、可控地提供量子密钥。
【图文】：
Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ＱＫＤ）技术的研究是最为成熟的。全球已经有很多国家建立了量子密逡逑钥分配示范网络，并在其上进行了长期的实验研究。目前已有的量子密钥分配网逡逑络大多需要搭建专用型网络用来传输量子信号，会带来极高的建设成本，因此如逡逑何在现有经典光网络的基础上实现量子密钥分配是普及量子保密通信的关键之逡逑一。本章将介绍几种典型的量子密钥分配协议，以及量子密钥分配网络的国内外逡逑研究现状，并讨论目前量子密钥分配网络研究所面临的挑战。逡逑２．１量子密钥分配协议逡逑不同的量子密钥分配协议有着不同的工作模式和功能特点，是我们设计量子逡逑密钥分配系统之前需要重点考虑的问题之一。目前主流的量子密钥分配协议有逡逑ＢＢ８４协议、Ｂ９２协议和Ｅ９１协议等，在相关的论文中对这些协议的阐述十分详逡逑细下面只作简要介绍。图２－１是一般的量子密钥分配系统的示意图，量子逡逑节点之间通过量子信道进行量子密钥分配，，通过经典信道传输同步信号等信号，逡逑接收双方从量子节点获取量子密钥对信息进行加密、解密，加密后的信息通过经逡逑典信道进行传输。＿＿逡逑
逡逑项目［１７］１６２，如图２－２所示，该机构希望通过这一项目为谷歌、亚马逊、微软等互逡逑联网巨头提供量子保密通信业务，为它们的数据中心之间的通信保驾护航。逡逑ＨＩ逡逑Ｉ逦Ｉ逡逑Ｉ逦ｊ邋Ｖ－＾７逡逑￣淲邋光纤路线：Ｍ逦／逦／逡逑逦邋光纤路线p海插澹危掊危危危ｅ义瞎庀寺废呋缅巍
本文编号：2701997
【图文】：
Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ＱＫＤ）技术的研究是最为成熟的。全球已经有很多国家建立了量子密逡逑钥分配示范网络，并在其上进行了长期的实验研究。目前已有的量子密钥分配网逡逑络大多需要搭建专用型网络用来传输量子信号，会带来极高的建设成本，因此如逡逑何在现有经典光网络的基础上实现量子密钥分配是普及量子保密通信的关键之逡逑一。本章将介绍几种典型的量子密钥分配协议，以及量子密钥分配网络的国内外逡逑研究现状，并讨论目前量子密钥分配网络研究所面临的挑战。逡逑２．１量子密钥分配协议逡逑不同的量子密钥分配协议有着不同的工作模式和功能特点，是我们设计量子逡逑密钥分配系统之前需要重点考虑的问题之一。目前主流的量子密钥分配协议有逡逑ＢＢ８４协议、Ｂ９２协议和Ｅ９１协议等，在相关的论文中对这些协议的阐述十分详逡逑细下面只作简要介绍。图２－１是一般的量子密钥分配系统的示意图，量子逡逑节点之间通过量子信道进行量子密钥分配，，通过经典信道传输同步信号等信号，逡逑接收双方从量子节点获取量子密钥对信息进行加密、解密，加密后的信息通过经逡逑典信道进行传输。＿＿逡逑
逡逑项目［１７］１６２，如图２－２所示，该机构希望通过这一项目为谷歌、亚马逊、微软等互逡逑联网巨头提供量子保密通信业务，为它们的数据中心之间的通信保驾护航。逡逑ＨＩ逡逑Ｉ逦Ｉ逡逑Ｉ逦ｊ邋Ｖ－＾７逡逑￣淲邋光纤路线：Ｍ逦／逦／逡逑逦邋光纤路线p海插澹危掊危危危ｅ义瞎庀寺废呋缅巍
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