一种将量子通信与无线通信相融合的移动设备通信网络及其通信方法与流程

本发明涉及移动通信技术领域，具体来说是一种将量子通信与无线通信相融合的移动设备通信网络及其通信方法。

背景技术：

现有技术中，多个移动终端(手机)在同一基站下进行通信时或在不同基站间进行漫游通信时，均使用传统无线通信协议自带的加密机制保证用户的数据安全。

经典无线通信能够满足用户的通信需求，且能在一定程度上保证其通信过程中的安全性，但是随着经典超级计算机的计算能力的不断突破，以及未来量子计算机的必然出现，现有经典通信的安全加密机制无法保证用户通信过程的安全性。窃听者可以通过光纤折弯、光纤分光、服务器入侵等多种手段进行攻击，从而实现对用户通信过程的监听。目前传统的ras512位加密已经于1999年被破解、rsa768于2009年被破解，下一代的标准密码“配对密码”于2012年被破解，2012年国家互联网信息中心也紧急发布了“关于rsa1024算法存在被破译风险的通报”。

因此，如何设计出一种更加安全的移动终端通信方式已经成为急需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中移动设备通信安全性不高的缺陷，提供一种将量子通信与无线通信相融合的移动设备通信网络及其通信方法来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种将量子通信与无线通信相融合的移动设备通信网络，包括无线通信基站a、无线通信基站b、移动设备a和移动设备b，移动设备a通过无线通信基站a、无线通信基站b与移动设备b进行通信，

所述的无线通信基站a包括量子密钥协商模块基站端，无线通信基站b与无线通信基站a结构相同；所述的移动设备a包括量子密钥协商模块手机端，量子密钥协商模块手机端与量子密钥存储模块进行数据互连传送，量子密钥协商模块手机端与加解密处理模块进行数据互连传送，移动设备数据处理模块与加解密处理模块进行数据互连传送，移动设备b与移动设备a的结构相同；移动设备a的加解密处理模块与量子密钥协商模块基站端进行通信数据传输。

一种将量子通信与无线通信相融合的移动设备通信网络的通信方法，包括以下步骤：

本基站内移动设备a和移动设备b的通信数据预加载；

本基站内的数据通信，移动设备a与移动设备b位于无线通信基站a的通信范围内进行数据通信。

所述移动设备a和移动设备b的通信数据预加载包括以下步骤：

移动设备a寻找其宿主基站，将其范围内的无线通信基站a作为其宿主基站；

移动设备a向无线通信基站a发起通信，发送的消息携带预联系的移动设备b的身份信息；

无线通信基站a在其无线信息覆盖范围内，广播发出寻呼消息，该寻呼消息携带移动设备b的身份信息；

移动设备b收到广播的寻呼消息后，将寻呼消息内的身份信息与自身进行比对，比对成功则反馈给基站，无线通信基站a与移动设备b建立业务信道；

通过如上步骤，移动设备a与移动设备b之间建立无线通信链接。

所述本基站内的数据通信包括以下步骤：

移动设备a生成量子密文；

移动设备a的量子密钥协商模块手机端将量子密文和量子密钥发送至无线通信基站a量子密钥协商模块基站端；

无线通信基站a的量子密钥协商模块基站端将移动设备a发来的量子密文和量子密钥转发至移动设备b；

移动设备b对接收到的量子密文和量子密钥进行解密。

所述的移动设备a生成量子密文包括以下步骤：

移动设备数据处理模块将待发送的通信消息传至加解密处理模块；

加解密处理模块调用量子密钥协商模块手机端对待发送的通信消息进行加密；

量子密钥协商模块手机端利用bb84协议或cow协议对待发送的通信消息进行加密并生成量子密文和对应的量子密钥；

量子密钥协商模块手机端将量子密文和对应的量子密钥存入量子密钥存储模块等待传送。

还包括无线通信基站a和无线通信基站b的量子通信方法，其包括以下步骤：

无线通信基站a和无线通信基站b的通信数据预加载；

无线通信基站a向无线通信基站b发出身份认证消息；

无线通信基站b收到身份认证消息，并向无线通信基站a反馈；

无线通信基站a收到无线通信基站b的反馈信息，并向无线通信基站b反馈其已经收到消息；

以上通信流程结束后，无线通信基站a和无线通信基站b完成身份认证和通信链路的建立；

基站之间的数据通信，无线通信基站a通过中继信道将量子密文和量子密钥传送给无线通信基站b。

有益效果

本发明的一种将量子通信与无线通信相融合的移动设备通信网络及其通信方法，与现有技术相比将量子密钥分发技术与无线通信技术相结合，实现移动设备(手机)和无线通信基站之间在无线自由空间中基于bb84、cow等协议生成量子密钥，利用量子密钥不可复制、不可窃听的物理特性，实现无线通信过程中的数据绝对安全性。

本发明利用现有的无线通信网络进行量子密钥的中继及转发，从而实现远距离的无线通信数据保护，在不改变现有通信网络架构的基础上实现远距离的量子密钥分发。本发明在满足用户通信需求的前提下，利用量子通信技术，克服现有加密机制的缺陷和超级计算机及未来量子计算机对现有加密机制的破解可能性，能够有效避免用户数据被窃听、被攻击的风险，从理论上实现用户通信过程的绝对安全性。

附图说明

图1为本发明中移动设备通信网络结构框图；

其中，1-移动设备a、2-移动设备b、3-无线通信基站a、4-无线通信基站b、11-量子密钥协商模块手机端、12-量子密钥存储模块、13-加解密处理模块、14-移动设备数据处理模块、31-量子密钥协商模块基站端。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

如图1所示，本发明所述的一种将量子通信与无线通信相融合的移动设备通信网络，包括无线通信基站a3、无线通信基站b4、移动设备a1和移动设备b2，对于同一基站范围内，移动设备a1和移动设备b2通过无线通信基站a3或无线通信基站b4进行数据通信，对于非同一基站范围内，移动设备a1通过无线通信基站a3、无线通信基站b4与移动设备b2进行通信。

无线通信基站a3包括量子密钥协商模块基站端31，量子密钥协商模块基站端31用于转发、接收量子密文和量子密钥。无线通信基站b4与无线通信基站a3的结构相同，无线通信基站b4在传统基站技术基础上也加载了量子密钥协商模块。

移动设备a1包括量子密钥协商模块手机端11，量子密钥协商模块手机端11与量子密钥存储模块12进行数据互连传送，量子密钥协商模块手机端11与加解密处理模块13进行数据互连传送，移动设备数据处理模块14与加解密处理模块13进行数据互连传送，移动设备b2与移动设备a1的结构相同；移动设备a1的加解密处理模块13与量子密钥协商模块基站端31进行通信数据传输。

在此，还提供一种将量子通信与无线通信相融合的移动设备通信网络的通信方法，其包括以下步骤：

第一步，本基站内移动设备a1和移动设备b2的通信数据预加载。其具体步骤如下：

(1)移动设备a1寻找其宿主基站，将其范围内的无线通信基站a3作为其宿主基站；

(2)移动设备a1向无线通信基站a3发起通信，发送的消息携带预联系的移动设备b2的身份信息；

(3)无线通信基站a3在其无线信息覆盖范围内，广播发出寻呼消息，该寻呼消息携带移动设备b2的身份信息；

(4)移动设备b2收到广播的寻呼消息后，将寻呼消息内的身份信息与自身进行比对，比对成功则反馈给基站，无线通信基站a3与移动设备b2建立业务信道；

(5)通过如上步骤，移动设备a1与移动设备b2之间建立无线通信链接。

第二步，本基站内的数据通信，移动设备a1与移动设备b2位于无线通信基站a3的通信范围内进行数据通信。其具体包括以下步骤：

(1)移动设备a1生成量子密文，移动设备a1针对待发送的数据信息生成量子密文和量子密钥。

首先，移动设备数据处理模块14将待发送的通信消息传至加解密处理模块13；

其次，加解密处理模块13调用量子密钥协商模块手机端11对待发送的通信消息进行加密；

再次，量子密钥协商模块手机端11利用bb84协议或cow协议对待发送的通信消息进行加密并生成量子密文和对应的量子密钥；

最后，量子密钥协商模块手机端11将量子密文和对应的量子密钥存入量子密钥存储模块12等待传送。

(2)移动设备a1的量子密钥协商模块手机端11(从密钥存储模块12中调出)将量子密文和量子密钥发送至无线通信基站a3的量子密钥协商模块基站端31。

(3)无线通信基站a3的量子密钥协商模块基站端31将移动设备a1发来的量子密文和量子密钥转发至移动设备b2。

(4)移动设备b2对接收到的量子密文和量子密钥利用同样的方法原理进行解密。

针对于移动设备a1和移动设备b2不在同一基站范围内，在此还提供无线通信基站a3和无线通信基站b4的量子通信方法，其包括以下步骤：

(1)无线通信基站a3和无线通信基站b4的通信数据预加载：

a1)无线通信基站a3向无线通信基站b4发出身份认证消息；

a2)无线通信基站b4收到身份认证消息，并向无线通信基站a3反馈；

a3)无线通信基站a3收到无线通信基站b4的反馈信息，并向无线通信基站b4反馈其已经收到消息；

a4)以上通信流程结束后，无线通信基站a3和无线通信基站b4完成身份认证和通信链路的建立.

(2)基站之间的数据通信，无线通信基站a3通过中继信道将量子密文和量子密钥传送给无线通信基站b4，同理，位于无线通信基站b4内的移动设备接收量子密文和量子密钥，并进行的解密。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。