1.一种量子保密通信方法,其特征在于,量子保密通信的发送端通过N个中继设备与量子保密通信的接收端相连,连接链路采用多芯光纤,多芯光纤中的纤芯被划分为用于量子态信号传输的第一纤芯、用于辅助信号传输的第二纤芯、以及用于光通信信号传输的第三纤芯;该方法应用于量子保密通信的发送端,包括:
生成量子态信号,将量子态信号通过下游第一纤芯发往发送端直连的下游设备;
生成辅助信号,将辅助信号通过下游第二纤芯发往发送端直连的下游设备,以根据所述量子态信号和辅助信号与发送端直连的下游设备协商生成量子密钥;
将预设密钥中继处理信号通过第二纤芯发往发送端直连的下游设备,以使发送端直连的下游设备基于该密钥中继处理信号执行密钥中继处理以实现端到端的密钥传输;
生成光通信信号,将与发送端直连的下游设备协商的量子密钥作为发送端与接收端之间的通信密钥对光通信信号进行加密,将加密光通信信号通过下游第三纤芯发往发送端直连的下游设备;
其中,N为自然数;发送端直连的下游设备为:发送端直连的在光通信信号发送方向上的中继设备或量子保密通信的接收端;下游第一纤芯、下游第二纤芯、下游第三纤芯分别为:连接发送端和其直连的下游设备的多芯光纤中的第一纤芯、第二纤芯、第三纤芯。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
向发送端直连的下游设备发送量子态信号、辅助信号、加密的光通信信号之前,进一步包括:对下游第一纤芯、下游第二纤芯、下游第三纤芯进行空分复用处理,使得量子态信号、辅助信号、加密的光通信信号分别对应到下游第一纤芯、下游第二纤芯、下游第三纤芯。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,
利用发送端中至少一个准单光子源生成至少一种波长的量子态信号,并将至少一种波长的量子态信号进行波分复用后通过下游第一纤芯发往发送端直连的下游设备;
利用发送端中多个光通信发射机生成多种波长的光通信信号,将与发送端直连的下游设备协商的量子密钥作为发送端与接收端之间的通信密钥对多种波长的光通信信号进行加密,针对每个下游第三纤芯分配一组加密光通信信号,将该组加密光通信信号进行波分复用后通过该下游第三纤芯发往发送端直连的下游设备。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
所述第一纤芯为多芯光纤中隔离度最高的纤芯中串扰最小的纤芯;
所述第二纤芯为多芯光纤中隔离度最高且串扰仅次于第一纤芯的纤芯,或者隔离度仅次于第一纤芯的纤芯;
所述第三纤芯为多芯光纤中除第一纤芯、第二纤芯之外的其它纤芯。
5.一种量子保密通信方法,其特征在于,量子保密通信的发送端通过N个中继设备与量子保密通信的接收端相连,连接链路采用多芯光纤,多芯光纤中的纤芯被划分为用于量子态信号传输的第一纤芯、用于辅助信号传输的第二纤芯、以及用于光通信信号传输的第三纤芯;该方法应用于任一中继设备,包括:
接收中继设备直连的上游设备通过上游第一纤芯发来的量子态信号;同时,生成量子态信号,将生成的量子态信号通过下游第一纤芯、下游第二纤芯发往中继设备直连的下游设备;
接收中继设备直连的上游设备通过上游第二纤芯发来的辅助信号,基于从中继设备直连的上游设备接收的量子态信号和辅助信号与中继设备直连的上游设备协商生成量子密钥;同时,生成辅助信号,将生成的辅助信号通过下游第二纤芯发往中继设备直连的下游设备,以与中继设备直连的下游设备协商生成量子密钥;
接收中继设备直连的上游设备通过上游第二纤芯发来的密钥中继处理信号,基于密钥中继处理信号、与中继设备直连的上游设备协商生成的量子密钥、与中继设备直连的下游设备协商生成的量子密钥执行密钥中继处理得到新的密钥中继处理信号,将新的密钥中继处理信号通过下游第二纤芯发往中继设备直连的下游设备;
接收中继设备直连的上游设备通过上游第三纤芯发来的加密光通信信号,对加密光通信信号进行放大处理后通过下游第三纤芯发往中继设备直连的下游设备;
其中,N为自然数;中继设备直连的上游设备为:中继设备直连的在光通信信号发送方向上的中继设备或量子保密通信的发送端;中继设备直连的下游设备为:中继设备直连的在光通信信号发送方向上的中继设备或量子保密通信的接收端;上游第一纤芯、上游第二纤芯、上游第三纤芯分别为:连接中继设备和其直连的上游设备的多芯光纤中的第一纤芯、第二纤芯、第三纤芯;下游第一纤芯、下游第二纤芯、下游第三纤芯分别为:连接中继设备和其直连的下游设备的多芯光纤中的第一纤芯、第二纤芯、第三纤芯。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,
接收中继设备直连的上游设备分别通过上游第一纤芯、上游第二纤芯、上游第三纤芯发来的量子态信号、辅助信号、加密的光通信信号之前,进一步包括:对上游第一纤芯、上游第二纤芯、上游第三纤芯进行空分解复用处理,使得通过上游第一纤芯、上游第二纤芯、上游第三纤芯传输的信号分别对应到量子态信号、辅助信号、加密的光通信信号;
将量子态信号、辅助信号、以及加密光通信信号分别通过下游第一纤芯、下游第二纤芯、下游第三纤芯发往中继设备直连的下游设备之前,进一步包括:对下游第一纤芯、下游第二纤芯、下游第三纤芯进行空分复用处理,使得量子态信号、辅助信号、以及加密光通信信号分别对应到下游第一纤芯、下游第二纤芯、下游第三纤芯。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,
接收中继设备直连的上游设备通过上游第一纤芯发来的量子态信号的方法为:对中继设备直连的上游设备通过上游第一纤芯发来信号进行频域和时域的滤波处理,得到至少一种波长的量子态信号,对至少一种波长的量子态信号进行探测接收;
中继设备基于探测接收到的至少一种波长的量子态信号和在上游第二纤芯接收的辅助信号与中继设备直连的上游设备协商生成量子密钥。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,
基于密钥中继处理信号、与中继设备直连的上游设备协商生成的量子密钥、与中继设备直连的下游设备协商生成的量子密钥执行中继处理得到新的密钥中继处理信号的方法为:将密钥中继处理信号、与中继设备直连的上游设备协商生成的量子密钥、与中继设备直连的下游设备协商生成的量子密钥进行异或运算,将异或运算结果作为新的密钥中继处理信号。
9.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,
对中继设备直连的上游设备通过上游第三纤芯发来的加密光通信信号进行放大处理的方法为:采用与多芯光纤具有相同纤芯结构的多芯掺杂光纤增益介质,使用中心纤芯进行泵浦光注入、并通过包层耦合将从每个上游第三纤芯接收的不同波长的加密光通信信号进行同时放大。
10.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,
利用中继设备中至少一个准单光子源生成至少一种波长的量子态信号,并将至少一中波长的量子态信号进行波分复用后通过下游第一纤芯发往发送端直连的下游设备。
11.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,
所述第一纤芯为多芯光纤中隔离度最高的纤芯中串扰最小的纤芯;
所述第二纤芯为多芯光纤中隔离度最高且串扰仅次于第一纤芯的纤芯,或者隔离度仅次于第一纤芯的纤芯;
所述第三纤芯为多芯光纤中除第一纤芯、第二纤芯之外的其它纤芯。
12.一种量子保密通信方法,其特征在于,量子保密通信的接收端通过N个中继设备与量子保密通信的发送端相连,连接链路采用多芯光纤,多芯光纤中的纤芯被划分为用于量子态信号传输的第一纤芯、用于辅助信号传输的第二纤芯、以及用于光通信信号传输的第三纤芯;该方法应用于量子保密通信的接收端,包括:
接收接收端直连的上游设备通过上游第一纤芯发来的量子态信号;
接收接收端直连的上游设备通过上游第二纤芯发来的辅助信号,基于从接收端直连的上游设备接收的量子态信号和辅助信号与接收端直连的上游设备协商生成量子密钥;
接收接收端直连的上游设备通过上游第二纤芯发来的密钥中继处理信号,根据接收的密钥中继处理信号,与接收端直连的上游设备协商的量子密钥、以及预设密钥中继处理信号计算发送端与接收端之间的通信密钥;
接收接收端直连的上游设备通过上游第三纤芯发来的加密光通信信号,利用发送端与接收端之间的通信密钥对加密光通信信号进行解密处理得到光通信信号;
其中,N为自然数;接收端直连的上游设备为:接收端直连的在光通信信号发送方向上的中继设备或量子保密通信的发送端;上游第一纤芯、上游第二纤芯、上游第三纤芯分别为:连接接收端和其直连的上游设备的多芯光纤中的第一纤芯、第二纤芯、第三纤芯。
13.根据权利要求12所述的方法,其特征在于,
接收接收端直连的上游设备分别通过上游第一纤芯、上游第二纤芯、上游第三纤芯发来的量子态信号、辅助信号、加密的光通信信号之前,进一步包括:对上游第一纤芯、上游第二纤芯、上游第三纤芯进行空分解复用处理,使得通过上游第一纤芯、上游第二纤芯、上游第三纤芯传输的信号分别对应到量子态信号、辅助信号、加密的光通信信号。
14.根据权利要求13所述的方法,其特征在于,
接收接收端直连的上游设备通过上游第一纤芯发来的量子态信号的方法为:对接收端直连的上游设备通过上游第一纤芯发来信号进行频域和时域的滤波处理,得到至少一种波长的量子态信号,对该至少一种波长的量子态信号进行探测接收;
接收端基于探测接收到的至少一种波长的量子态信号和在上游第二纤芯接收的辅助信号与接收端直连的上游设备协商生成量子密钥。
15.根据权利要求14所述的方法,其特征在于,
根据接收的密钥中继处理信号,与接收端直连的上游设备协商的量子密钥、以及预设密钥中继处理信号计算发送端与接收端之间的通信密钥的方法为:将接收的密钥中继处理信号、与接收端直连的上游设备协商的量子密钥、以及预设密钥中继处理信号进行异或运算,将异或运算结果作为发送端和接收端之间的通信密钥。
16.根据权利要求13所述的方法,其特征在于,
利用发送端与接收端之间的通信密钥对加密光通信信号进行解密处理得到光通信信号之前,进一步包括:对从每个上游第三纤芯接收的加密光通信信号进行波分解复用处理得到多个波长的加密光通信信号;
利用发送端与接收端之间的通信密钥对波分解复用后得到的多个波长的加密光通信信号进行解密,得到多个波长的光通信信号。
17.根据权利要求12所述的方法,其特征在于,
所述第一纤芯为多芯光纤中隔离度最高的纤芯中串扰最小的纤芯;
所述第二纤芯为多芯光纤中隔离度最高且串扰仅次于第一纤芯的纤芯,或者隔离度仅次于第一纤芯的纤芯;
所述第三纤芯为多芯光纤中除第一纤芯、第二纤芯之外的其它纤芯。
18.一种量子保密通信装置,其特征在于,量子保密通信的发送端通过N个中继设备与量子保密通信的接收端相连,连接链路采用多芯光纤,多芯光纤中的纤芯被划分为用于量子态信号传输的第一纤芯、用于辅助信号传输的第二纤芯、以及用于光通信信号传输的第三纤芯;该装置应用于量子保密通信的发送端,包括:量子通信模块、辅助通信模块、光通信模块;
所述量子通信模块,用于生成量子态信号,将量子态信号通过下游第一纤芯发往发送端直连的下游设备;
所述辅助通信模块,用于生成辅助信号,将辅助信号通过下游第二纤芯发往发送端直连的下游设备,以根据量子通信模块生成的量子态信号和辅助信号与发送端直连的下游设备协商生成量子密钥;用于将预设密钥中继处理信号通过下游第二纤芯发往发送端直连的下游设备,以使发送端直连的下游设备基于该密钥中继处理信号执行密钥中继处理以实现端到端的密钥传输;
所述光通信模块,用于生成光通信信号,将辅助通信模块与发送端直连的下游设备协商的量子密钥作为发送端与接收端之间的通信密钥对光通信信号进行加密,将加密光通信信号通过下游第三纤芯发往发送端直连的下游设备;
其中,N为自然数;发送端直连的下游设备为:发送端直连的在光通信信号发送方向上的中继设备或量子保密通信的接收端;下游第一纤芯、下游第二纤芯、下游第三纤芯分别为:连接发送端和其直连的下游设备的多芯光纤中的第一纤芯、第二纤芯、第三纤芯。
19.根据权利要求18所述的装置,其特征在于,该装置还包括纤芯复用模块;
所述纤芯复用模块,用于在量子通信模块、辅助通信模块、光通信模块分别向发送端直连的下游设备发送量子态信号、辅助信号、加密光通信信号之前,对下游第一纤芯、下游第二纤芯、下游第三纤芯进行空分复用处理,使得量子态信号、辅助信号、加密的光通信信号分别对应到下游第一纤芯、下游第二纤芯、下游第三纤芯。
20.根据权利要求19所述的装置,其特征在于,
量子通信模块,利用发送端中至少一个准单光子源生成至少一种波长的量子态信号,并将至少一中波长的量子态信号进行波分复用后通过下游第一纤芯发往发送端直连的下游设备;
光通信模块,利用发送端中多个光通信发射机生成多种波长的光通信信号,使用与发送端直连的下游设备协商的量子密钥对多种波长的光通信信号进行加密,针对每个下游第三纤芯分配一组加密光通信信号,将该组加密光通信信号进行波分复用后通过该下游第三纤芯发往发送端直连的下游设备。
21.根据权利要求18所述的装置,其特征在于,
所述第一纤芯为多芯光纤中隔离度最高的纤芯中串扰最小的纤芯;
所述第二纤芯为多芯光纤中隔离度最高且串扰仅次于第一纤芯的纤芯,或者隔离度仅次于第一纤芯的纤芯;
所述第三纤芯为多芯光纤中除第一纤芯、第二纤芯之外的其它纤芯。
22.一种量子保密通信装置,其特征在于,量子保密通信的发送端通过N个中继设备与量子保密通信的接收端相连,连接链路采用多芯光纤,多芯光纤中的纤芯被划分为用于量子态信号传输的第一纤芯、用于辅助信号传输的第二纤芯、以及用于光通信信号传输的第三纤芯;该装置应用于任一中继设备,包括:第一量子通信模块、第二量子通信模块、辅助通信模块、多芯光纤放大模块;
所述第一量子通信模块,用于接收中继设备直连的上游设备通过上游第一纤芯发来的量子态信号;
所述第二量子通信模块,用于生成量子态信号,将生成的量子态信号通过下游第一纤芯发往中继设备直连的下游设备;
所述辅助通信模块,用于接收中继设备直连的上游设备通过上游第二纤芯发来的辅助信号,基于第一量子通信模块接收的量子态信号和辅助信号与中继设备直连的上游设备协商生成量子密钥;用于生成辅助信号,将生成的辅助信号通过下游第二纤芯发往中继设备直连的下游设备,以与中继设备直连的下游设备协商生成量子密钥;用于接收中继设备直连的上游设备通过上游第二纤芯发来的密钥中继处理信号,基于密钥中继处理信号、与中继设备直连的上游设备协商生成的量子密钥、与中继设备直连的下游设备协商生成的量子密钥执行中继处理得到新的密钥中继处理信号,将新的密钥中继处理信号通过下游第二纤芯发往中继设备直连的下游设备;
所述多芯光纤放大模块,用于接收中继设备直连的上游设备通过上游第三纤芯发来的加密光通信信号,对加密光通信信号进行放大处理后通过下游第三纤芯发往中继设备直连的下游设备。
23.根据权利要求22所述的装置,其特征在于,该装置还包括纤芯解复用模块和纤芯复用模块;
所述纤芯解复用模块,在第一量子通信模块、辅助通信模块、多芯光纤放大模块分别接收中继设备直连的上游设备发来的量子态信号、辅助信号、加密的光通信信号之前,对上游第一纤芯、上游第二纤芯、上游第三纤芯进行空分解复用处理,使得通过上游第一纤芯、上游第二纤芯、上游第三纤芯传输的信号分别对应到量子态信号、辅助信号、加密的光通信信号;
所述纤芯复用模块,在第二量子通信模块、辅助通信模块、多芯光纤放大模块分别向中继设备直连的下游设备发送量子态信号、辅助信号、以及加密光通信信号之前,对下游第一纤芯、下游第二纤芯、下游第三纤芯进行空分复用处理,使得量子态信号、辅助信号、以及加密光通信信号分别对应到下游第一纤芯、下游第二纤芯、下游第三纤芯。
24.根据权利要求23所述的装置,其特征在于,
第一量子通信模块接收中继设备直连的上游设备通过上游第一纤芯发来的量子态信号时,用于:对中继设备直连的上游设备通过上游第一纤芯发来信号进行频域和时域的滤波处理,得到至少一种波长的量子态信号,对该至少一种波长的量子态信号进行探测接收;
所述辅助通信模块,基于第一量子通信模块探测接收到的至少一种波长的量子态信号和在上游第二纤芯接收的辅助信号与中继设备直连的上游设备协商生成量子密钥。
25.根据权利要求24所述的装置,其特征在于,
所述辅助通信模块,基于密钥中继处理信号、与中继设备直连的上游设备协商生成的量子密钥、与中继设备直连的下游设备协商生成的量子密钥执行中继处理得到新的密钥中继处理信号时,用于:将密钥中继处理信号、与中继设备直连的上游设备协商生成的量子密钥、与中继设备直连的下游设备协商生成的量子密钥进行异或运算,将异或运算结果作为新的密钥中继处理信号。
26.根据权利要求22所述的装置,其特征在于,
多芯光纤放大模块,对中继设备直连的上游设备通过上游第三纤芯发来的加密光通信信号进行放大处理时,用于:采用与多芯光纤具有相同纤芯结构的多芯掺杂光纤增益介质,使用中心纤芯进行泵浦光注入、并通过包层耦合将从每个上游第三纤芯接收的不同波长的加密光通信信号进行同时放大。
27.根据权利要求22所述的装置,其特征在于,
所述第二量子通信模块,利用中继设备中至少一个准单光子源生成至少一种波长的量子态信号,并将至少一种波长的量子态信号进行波分复用后通过下游第一纤芯发往发送端直连的下游设备。
28.根据权利要求22所述的装置,其特征在于,
所述第一纤芯为多芯光纤中隔离度最高的纤芯中串扰最小的纤芯;
所述第二纤芯为多芯光纤中隔离度最高且串扰仅次于第一纤芯的纤芯,或者隔离度仅次于第一纤芯的纤芯;
所述第三纤芯为多芯光纤中除第一纤芯、第二纤芯之外的其它纤芯。
29.一种量子保密通信装置,其特征在于,量子保密通信的接收端通过N个中继设备与量子保密通信的发送端相连,连接链路采用多芯光纤,多芯光纤中的纤芯被划分为用于量子态信号传输的第一纤芯、用于辅助信号传输的第二纤芯、以及用于光通信信号传输的第三纤芯;该装置应用于量子保密通信的接收端,包括:量子通信模块、辅助通信模块、光通信模块;
所述量子通信模块,用于接收接收端直连的上游设备通过上游第一纤芯发来的量子态信号;
所述辅助通信模块,用于接收接收端直连的上游设备通过上游第二纤芯发来的辅助信号,基于量子通信模块接收的量子态信号和辅助信号与接收端直连的上游设备协商生成量子密钥;用于接收接收端直连的上游设备通过上游第二纤芯发来的密钥中继处理信号,根据接收的密钥中继处理信号,与接收端直连的上游设备协商的量子密钥、以及预设密钥中继处理信号计算发送端与接收端之间的通信密钥;
所述光通信模块,用于接收接收端直连的上游设备通过上游第三纤芯发来的加密光通信信号,利用发送端与接收端之间的通信密钥对加密光通信信号进行解密处理得到光通信信号。
30.根据权利要求29所述的装置,其特征在于,该装置还包括纤芯解复用模块;
所述纤芯解复用模块,用于在量子通信模块、辅助通信模块、光通信模块分别接收接收端直连的上游设备发来的量子态信号、辅助信号、加密的光通信信号之前,对上游第一纤芯、上游第二纤芯、上游第三纤芯进行空分解复用处理,使得通过上游第一纤芯、上游第二纤芯、上游第三纤芯传输的信号分别对应到量子态信号、辅助信号、加密的光通信信号。
31.根据权利要求30所述的方法,其特征在于,
所述量子通信模块,接收接收端直连的上游设备通过上游第一纤芯发来的量子态信号时,用于:对接收端直连的上游设备通过上游第一纤芯发来信号进行频域和时域的滤波处理,得到至少一种波长的量子态信号,对该至少一种波长的量子态信号进行探测接收;
所述辅助通信模块,基于探测接收到的至少一种波长的量子态信号和在上游第二纤芯接收的辅助信号与接收端直连的上游设备协商生成量子密钥。
32.根据权利要求31所述的装置,其特征在于,
所述辅助通信模块,根据接收的密钥中继处理信号,与接收端直连的上游设备协商的量子密钥、以及预设密钥中继处理信号计算发送端与接收端之间的通信密钥时,用于:将接收的密钥中继处理信号、与接收端直连的上游设备协商的量子密钥、以及预设密钥中继处理信号进行异或运算,将异或运算结果作为发送端和接收端之间的通信密钥。
33.根据权利要求30所述的装置,其特征在于,
所述光通信模块,利用发送端与接收端之间的通信密钥对加密光通信信号进行解密处理得到光通信信号之前,进一步用于:对从每个上游第三纤芯接收的加密光通信信号进行波分解复用处理得到多种波长的加密光通信信号;
所述光通信信号,利用发送端与接收端之间的通信密钥对波分解复用后得到的多种波长的加密光通信信号进行解密,得到多种波长的光通信信号。
34.根据权利要求29所述的装置,其特征在于,
所述第一纤芯为多芯光纤中隔离度最高的纤芯中串扰最小的纤芯;
所述第二纤芯为多芯光纤中隔离度最高且串扰仅次于第一纤芯的纤芯,或者隔离度仅次于第一纤芯的纤芯;
所述第三纤芯为多芯光纤中除第一纤芯、第二纤芯之外的其它纤芯。