星型连续变量量子密钥分发网络及其方法、介质与流程

本发明涉及量子密钥分发的网络路由领域，具体地，涉及星型连续变量量子密钥分发网络及其方法、介质。尤其是基于阵列波导光栅的星型连续变量量子密钥分发网络，用可调激光源来产生不同波长的光，而不同的波长对应不同的信道，并利用阵列波导光栅选择波长即选择信道进行传输，且本振光和信号光用同一波长对应的信道传输的一种cvqkd的网络路由技术。。

背景技术：

随着信息技术的迅速发展，信息安全成为了人们关注的焦点。虽然传统经典算法提供了当前来看较为安全的方法，但传统经典算法的安全性是基于数学上的计算安全性，随着量子计算机的快速发展，可能以后并不能成为安全的加密算法。

另一方面，人们传递的信息量越来越大，并且传递的端口越来越多，这就使得网络的构建成为必要因素。当前互联网的快速发展，使得许多端口能够同时进行收发信息，并且速度极快。随着网络技术的不断发展，网络容量会日趋增大，网络中信号的传输速度会越来越快，网络延时越来越低，故能满足用户日益增长的需求。为了更加便捷，使得人们能够随时使用网络资源，无线网络日趋发达，移动端网络大面积使用，亟待一种构建连续变量量子密钥分发(cvqkd)网络的方法。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种星型连续变量量子密钥分发网络及其方法、介质。

根据本发明提供的一种星型连续变量量子密钥分发网络的构建方法，包括：

步骤a：根据网络的网络端点数量确定网络拓扑结构，并根据网络拓扑结构选择激光源的可调波长，以实现网络中各网络节点间的逻辑连接；

步骤b：根据所述逻辑连接建立实际连接并分配波长，用于量子信号光和本振光的制备与传输。

优选地，所述步骤a包括如下步骤：

步骤a1：确定网络的网络端点数n，其中，n为正整数；

步骤a2：根据所述网络端点数n确定所有激光源的可调波长数；每个可调波长对应一对网络端点的连接；

步骤a3：根据所述所有激光源的可调波长数，对每个网络端点的可调波长进行分配；确定每个网络端点需要的可调波长数为n-1个；

步骤a4：对于每个网络节点，将每个网络端点的可调波长作为连接线实现一个网络端点与其他不同网络端点的逻辑连接。

优选地，在所述步骤2中，长与信道是一一对应的，每个信道对应两个网络端点的连接，同时也对应唯一的一个波长；让n个网络端点实现全通连接，则需要的可调波长数为个。

优选地，激光源能够产生可调波长的光；不同网络端点连接建立通过波长来实现，不同的波长在不同的信道中传输，对于一个网络端点，令该网络端点与其他n-1个网络端点都能够共享密钥，则此网络节点的激光源需要产生n-1个波长的光。

优选地，在所述步骤a4中，对于一网络端点，该网络端点与其他网络端点的连接都需要不同的波长，即此网络端点光源能够产生的波长为总波长数其中的n-1个；其他网络端点光源产生的波长集中不能用这n-1个波长的光，实现波长与信道一一对应。

优选地，所述步骤b包括如下步骤：

步骤b1：对于网络端点数为n的网络，总共选择个不同的波长，而每个网络端点的激光源只需要从这选出n-1个波长作为此网络端点与其余网络端点连接的光线载体；

步骤b2：根据步骤b1确定的网络端点将每个网络端点都连接阵列波导光栅，即波分解复用器，用于区分不同波长，从而建立不同波长对应不同网络端点的实际连接；

步骤b3：在步骤b2建立的实际连接和步骤b1分配的波长条件下，对于每个网络端点，若为发送端，则将可调波长激光源发出的同一波长光制备信号光和本振光后将二者进行时分偏振复用，之后通过光纤传输给对应的网络节点；若为接收端，则对通过网络节点传输过来的光进行时分偏振解复用而恢复信号光。

优选地，在所述步骤b1中，每个网络端点选出的n-1个波长不能与其他网络端点选择的波长有重复，即不同网络端点的可调光源需产生不同波长的光。

优选地，在所述步骤b2中，阵列波导光栅连接所有网络端点，即阵列波导光栅位于星型网络的中心，并且阵列波导光栅用于选择波长，即选择信道；

时分偏振复用器用于把本振光和信号光复用后放到光纤中进行传输，而解复用器用于恢复信号光。

根据发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的星型连续变量量子密钥分发网络的构建方法的步骤。

根据本发明提供的一种通信网络，其特征在于，所述通信网络是通过所述的星型连续变量量子密钥分发网络的构建方法得到的。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明基于量子力学的量子保密通信具有物理上的无条件安全性，在以计算安全为基础的传统密码算法中开辟了新的天地。量子密钥分发作为量子保密通信的核心技术，提供了一种相距很远的两端共享安全密钥的方法，它的安全性基于海森堡定理、量子不可克隆定理和测不准原理，即使使用计算能力更为强大的量子计算机，也无法破译真正密钥。

2、本发明既能满足人们对信息量的要求，也能满足网络的信息安全。

3、本发明由于采用连续变量的量子密钥，故密钥率较高，单位时间内传递的信息量也相应较大，在多用户同时进行密钥共享时能够提供较大的网络容量。

4、本发明由于构建了cvqkd网络为全通网络，故可以实现网络中任意不同网络端点之间的密钥共享。同时cvqkd网络具有无条件安全性，进一步提升了网络信息安全。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中的网络结构图。

图2为本发明中的网络断点a的结构图。

下面为说明书附图中的各个标记的含义：

a,b,c表示各个网路网络端点，awg表示阵列波导光栅。

波长用λ表示，不同波长以下标来进行区分。

网络端点a连接b、c的波长分别为λ1、λ2，因此网络端点a的激光源要产生的光波长为λ1和λ2，偏振复用和解复用的光波长亦为λ1和λ2。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供一种基于cvqkd的系统网络构建方法。由于网络中的信息量越来越大，与此同时人们对网络的信息安全的要求也越来越高，而cvqkd系统网络能够同时满足以上两个条件，故成为我们研究的课题。首先cvqkd的密钥率很高，能提供较高的信息传递速率和网络容量，系统的实时性能得到保障。另一方面，由于cvqkd系统的安全性是基于海森堡定理，不可克隆定理的物理理论上的无条件安全，而非数学上的计算安全性，即使遇到计算能力强大的量子计算机，安全性也能有效保证。当cvqkd系统用于网络构建而不是仅仅两点之间进行通信时，就能实现多个地点的密钥共享，而鉴于cvqkd与传统光纤的相容性，利用光纤就可作为不同地点间信道的实际连接，如此便可把cvqkd的安全性、时效性引入网络。

根据本发明提供的一种星型连续变量量子密钥分发网络的构建方法，包括：

步骤a：根据网络的网络端点数量确定网络拓扑结构，并根据网络拓扑结构选择激光源的可调波长，以实现网络中各网络节点间的逻辑连接；

步骤b：根据所述逻辑连接建立实际连接并分配波长，用于量子信号光和本振光的制备与传输。

根据发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的星型连续变量量子密钥分发网络的构建方法的步骤。

根据本发明提供的一种通信网络，其特征在于，所述通信网络是通过所述的星型连续变量量子密钥分发网络的构建方法得到的。

下面通过优选例，对本发明进行更为具体的说明。

我们构造了3网络端点的cvqkd系统网络。

整个网络的结构如图1所示，每个网络端点都会连接阵列波导光栅，阵列波导光栅用于对激光器产生的光的波长进行选择从而选择不同的信道，从而实现整个网络的逻辑连接。图1即为3网络节点的星型网络结构，可以看出，若要实现3网络端点的连接，总共需要2+1＝3个波长，而对于每个网络端点，比如网络端点a，则需要3-1＝2个波长便可实现与其他网络端点的连接。再看网络端点b，由于网络端点b已经和网络端点a连接过，因此再需2-1＝1个波长就能使得网络端点b与其余点进行连接。最后看网络端点c，由于网络端点c已经和网络端点a和网络端点b连接，因此网络端点c无需再另外产生其他波长的光。

图1中网络端点a，b，c之间的逻辑连接用虚线表示，而实际连接用实线表示。用不同的波长对应不同的信道，但实际都要与阵列波导光栅连接，为了方便理解，用虚线表示逻辑连接。

对于每个网络端点，若为发送端，则制备信号光后与本振光进行时分偏振复用，之后通过光纤传输给阵列波导光栅；若为接收端，则对通过阵列波导光栅传输过来的光进行时分偏振解复用而恢复信号光。

拿网络端点a来看，网络端点a的结构如图2所示。左边部分为网络端点a作为接收端的结构，由于构建3网络端点全通网时每个网络端点需要产生2个波长，故有2个解复用器来恢复信号光；右边部分为网络端点a作为发送端的结构，由于构建全通网有2个波长，故通过偏振复用器复用本振光和信号光的结构有2个。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。