量子通信网络密钥管理及业务性能仿真研究

摘要

基于量子密钥分发的量子保密通信是目前发展最快并且已经获得实际应用的量子信息技术，已经有小规模的量子保密通信网络。随着量子通信的进一步发展，大规模量子通信网络组网成为必然的趋势。在大规模组网之前，需要对大规模网络进行仿真，为现实网络规划提供参考。但是，单个平台对用户的承载能力是有限的，因此我们建立了分布式仿真平台。安全有效的量子密钥管理方案不仅能够保证密钥安全的分发给用户，还能够减小建立端到端密钥的时延、均衡利用链路密钥资源、提高抗风险能力等。另外，随着量子通信的发展和普及，除了基本的语音业务以外，今后肯定会有更多业务接入量子通信网络，比如：视频、文件传输等。因此，本文主要研究量子密钥管理技术，并结合密钥管理方案，实现了多业务接入量子通信网络分布式仿真平台。
　　本文首先分析了经典保密通信和量子保密通信的特点，并对量子保密通信的发展现状进行了简要介绍。其次，介绍了量子通信的相关物理基础，包括：量子不可克隆定律，海森堡不确定性原理，量子纠缠，然后，介绍了量子密钥分发协议和量子可信中继的实现原理。第三，通过研究量子通信网络架构及其工作原理，设计了一种量子密钥管理模型，该模型一共包括三部分：密钥产生、资源管理和策略控制。在资源管理中，分析了节点度和密钥更新速率同时作为权重的加权路由算法的优势。根据该模型实现了量子通信网络分布式仿真平台的密钥管理，通过理论分析和多次仿真实验，获得了各个参数之间的关系以及符合用户需求的最优参数，包括每次协商的端到端密钥块的大小和密钥包的发送频率以及路由算法参数?等。第四，优化了量子通信网络仿真模型，该模型可应用于基于卫星的广域量子保密通信网络仿真。然后，研究了多业务接入分布式仿真平台的关键技术，并利用量子通信网络分布式仿真平台实现了多业务接入的分布式量子通信网络仿真，并结合第三章的密钥管理策略对业务性能进行仿真分析。最后，对全文进行总结，分析密钥管理方案以及分布式仿真中存在的问题，并提出下一步工作建议。

目录

声明

插图索引

表格索引

符号对照表

缩略语对照表

第一章 绪论

1.1经典保密通信

1.2量子保密通信

1.3量子保密通信网络的发展

1.4论文章节安排

第二章 量子通信网络理论基础

2.1量子通信的物理基础

2.2量子密钥分发协议

2.3量子可信中继

2.4小结

第三章 量子密钥管理研究

3.1量子通信网络架构

3.2量子密钥管理模型设计

3.3量子密钥管理仿真

3.4仿真结果分析

3.5本章小结

第四章 量子通信网络业务性能仿真研究

4.1量子通信网络仿真软件选择

4.2量子通信网络仿真模型设计

4.3多业务接入分布式仿真平台实现

4.4仿真结果分析

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1全文总结

5.2工作展望

参考文献

致谢

作者简介