一种基于量子隐形传态的自适应RIP路由选择协议

摘要

本发明公开了一种基于量子隐形传态的自适应RIP路由选择协议，不仅能够实现自治系统内路由信息的有效、安全、快速地更新，还能够尽可能地降低纠缠资源的消耗；经典RIP协议在路由信息交换过程中传送的RIP报文是以明文的方式进行数据传输的，所交换路由信息的安全性无法得到保证；RIP报文仍然存在被窃听、篡改和伪造的可能；为了能够进一步提高RIP协议路由信息交换的安全性，本发明提出的基于量子隐形传态的自适应RIP路由选择协议，通过将量子通信技术引入到路由选择协议RIP中，实现路由信息的安全传输。

说明书

技术领域

本发明公开了一种基于量子隐形传态的自适应RIP路由选择协议，属于互联网路由选择协议领域。

背景技术

文献“CF-RIP：一种无收敛的RIP协议”设计了一种基于RIP协议的无收敛的路由协议CF-RIP，其有效地解决了RIP协议的慢收敛问题，实现了RIP协议的无收敛路由。文献“基于多线程机制的分布式交换系统中RIP协议的分析和实现”提出的RIP协议多线程实现方案，能够有效的在分布式交换机上实现动态路由自学习。

尽管上述文献对经典RIP协议进行了改进，并提出了相应的实现方案，但其并没有解决RIP报文在路由信息交换过程中是以明文的方式进行数据传输的问题，所交换路由信息的安全性无法得到保证；RIP报文仍然存在被窃听、篡改和伪造的可能。为了能够进一步提高RIP协议路由信息交换的安全性，本发明通过将量子通信技术引入到路由选择协议RIP中，实现路由信息的安全传输；量子通信是基于量子力学原理的新兴信息传输技术，相对于传统通信技术来说，其具有更高的安全性。

本发明提出的一种基于量子隐形传态的自适应RIP路由选择协议，不仅能够实现自治系统内路由信息的有效、安全、快速地更新，还能够尽可能地降低纠缠资源的消耗。

发明内容

依据经典RIP算法中报文的首部格式生成量子RIP协议报文首部格式，量子RIP协议报文首部格式如附图1所示，首部中包含命令、版本和填充字段；命令字段用于指出报文的功能，字段为1表示请求路由信息，字段为2表示对请求路由信息的响应或未被请求而发出的路由更新报文，该字段占用8个量子位, 表示8位的二进制数据；版本字段用于指出该协议的版本号，该字段占用8个量子位, 表示8位的二进制数据；填充字段占用16个量子位,表示16位的二进制数据。

在经典RIP算法中，RIP报文数据部分中的地址族标识符和路由标记字段本身可用于实现鉴别功能；但在基于量子隐形传态的自适应RIP路由选择协议中，因为是基于量子隐形传态方案实现报文数据内容的传输，因此在传送量子RIP报文之前，需要先在相邻路由器之间分配纠缠粒子对，因此量子纠缠信道只会在同一个自治系统相邻路由器之间建立，量子纠缠信道建立过程中，在数据链路层相当于已经完成了路由器鉴别的过程；因此在RIP报文的数据内容中不需要再提供鉴别功能，也不需要使用路由标记字段在后续过程中判断该报文是否是同一个自治系统的路由器发送的。

同时，在经典RIP协议报文数据格式中，使用网络地址和子网掩码来唯一标识目的网络占用的字节数较多，因此在自适应量子RIP协议中，将子网掩码通过16位的网络前缀位数来代替，进一步降低纠缠粒子的消耗。

路由表中每条路由信息对应的量子RIP协议报文数据格式如附图2所示，在一个封装好的量子RIP报文数据部分中可同时封装多条路由信息，报文数据格式中包含网络前缀位数、距离、网络地址和下一跳路由器地址字段；网络前缀位数字段占用16个量子位, 对应16位的二进制数据，表示子网掩码中1的个数；距离字段占用16个量子位, 对应16位的二进制数据，表示到达目的网络所需的跳数；网络地址地段占用32个量子位，表示32位的目的网络地址；下一跳路由器地址字段占用32个量子位, 表示32位的下一跳路由器的IP地址。

为了能够进一步提高RIP协议路由信息交换的安全性，本发明将基于量子通信的基本原理，以经典互联网RIP协议报文格式为基础，在同一个自治系统中实现路由信息的有效、安全、快速地更新；尽管经典互联网RIP协议能够有效地实现路由信息的更新，但如果直接将量子通信技术和经典量子RIP协议直接结合在一起，其消耗的纠缠粒子资源过多。为了能够有效降低经典量子RIP算法对纠缠粒子的消耗，本发明提出了基于量子隐形传态的自适应RIP路由选择协议，能够在确保路由信息安全交换的基础上，进一步降低纠缠粒子资源的消耗。

路由器在和相邻路由器交换路由表的过程中，经典RIP协议是将本路由器的完整路由表传送给相邻路由器。但在完成多次的路由表交换后，本路由器中已经保存了多条由相邻路由器提供的路由信息，在后续的交换过程中，重复把相邻路由器提供给本路由器的路由信息再返回给相邻路由器其实是对纠缠粒子资源的浪费。为了解决这一问题，本发明中提出的基于量子隐形传态的自适应RIP路由选择协议，使路由器在交换路由表过程中，只需要交换部分路由表信息就能够完成路由表的自动更新、收敛；因此，首先在路由器和其相邻的每一个路由器（）之间建立相应的量子纠缠信道；然后，路由器（）将自己路由表中需要传送的路由信息按照附图1和附图2所示的量子RIP报文的格式封装成量子RIP报文传送给路由器，路由器针对收到的量子RIP报文进行测量后得到二进制形式的RIP报文，其报文首部格式和报文数据格式如附图3和附图4所示，具体步骤如下：

步骤1、路由器 针对相邻的每一个路由器（）执行步骤2；

步骤2、假定路由器的IP地址用表示，相邻路由器的IP地址用表示，路由器将其路由表中所有下一跳路由器地址不是的路由信息依据附图1和附图2所示的量子RIP报文格式将其封装成量子RIP报文；假定在路由器的路由表中，有条下一跳路由器地址不是的路由信息，则在封装好的量子RIP报文中，其首部长度对应32个量子位，报文数据部分长度对应个量子位，则；路由器制备个相应的粒子（），粒子状态用表示，且；如果发给路由器的量子报文中第个比特为0，则制备得到的粒子状态为；如果发给路由器的量子报文中第个比特为1，则制备得到的粒子状态为；

步骤3、路由器产生对纠缠量子对和，其中，产生的纠缠量子对路由器保留个粒子，相应的个粒子分发给对应的相邻路由器；产生的纠缠量子对状态为；其中，；则：

；

步骤4、每一个相邻路由器将制备得到的个粒子（）和相邻路由器保存的个粒子分别进行联合Bell态测量，每次测量均可以得到2个经典比特信息，测量完成后可以得到个比特的经典信息；将得到的比特的测量信息发送给路由器；

步骤5、路由器收到比特的测量信息后，对收到的比特进行如下处理：如果第对比特的数值为00，则对路由器中保存的未被测量的第个粒子执行相应的幺正变换，；如果第对比特的数值为01，则对路由器中保存的未被测量的第个粒子执行相应的幺正变换，；如果第对比特的数值为10，则对路由器中保存的未被测量的第个粒子执行相应的幺正变换，；如果第对比特的数值为11，则对路由器中保存的未被测量的第个粒子执行相应的幺正变换，；

步骤6、对变换后的第个粒子按照基矢和进行测量，测量结果为表示相应比特为0；测量结果为表示相应比特为1；测量得到比特的二进制数据就是相邻路由器发给路由器的二进制形式的RIP报文。

路由器依据测量后得到的相邻路由器的二进制形式的RIP报文更新自己的路由表，具体步骤如下：

步骤1、路由器针对测量后得到的RIP报文，解析出相应的网络前缀位数字段、距离字段、网络地址字段和下一跳路由器地址字段；

步骤2、依据获得的网络前缀位数字段的数值计算其对应的32位的子网掩码，执行步骤3；

步骤3、将收到的RIP 报文中每一条路由信息的“下一跳路由器地址”字段的地址都修改为，并把每一条路由信息的“距离”字段的数值加1，执行步骤4；

步骤4、针对收到的RIP 报文中的每一条路由信息，执行步骤5；

步骤5、如果路由信息对应的目的网络地址和子网掩码在路由器的路由表中不存在，则直接将路由信息加入到路由器的路由表中；如果路由信息对应的目的网络地址和子网掩码在的路由表中存在相应的路由信息，执行步骤6；

步骤6、如果路由信息对应的下一跳路由器地址和路由信息的下一跳路由器地址相同，则更新路由表；如果不同，执行步骤7；

步骤7、如果路由信息对应的距离小于路由信息对应的距离，则更新路由表；否则，什么也不做；

步骤8、若 3 分钟还没有收到相邻路由器的更新路由表，则把此相邻路由器记为不可达路由器，即将距离置为16（距离为16表示不可达）。

附图说明

图1是量子RIP协议报文首部格式，图2是量子RIP协议报文数据格式，图3是二进制形式的RIP报文首部格式，图4是二进制形式的RIP报文数据格式。

具体实施方式

路由器 和其相邻的每一个路由器（）之间建立相应的量子纠缠信道，路由器（）将自己路由表中需要传送的路由信息按照附图1和附图2所示的量子RIP报文的格式封装成量子RIP报文传送给路由器，路由器针对收到的量子RIP报文进行测量后得到二进制形式的RIP报文。

路由器依据测量后得到的相邻路由器的二进制形式的RIP报文更新自己的路由表，具体步骤如下：

步骤1、路由器针对测量后得到的RIP报文，解析出相应的网络前缀位数字段、距离字段、网络地址字段和下一跳路由器地址字段；

步骤2、依据获得的网络前缀位数字段的数值计算其对应的32位的子网掩码，执行步骤3；

步骤3、将收到的RIP 报文中每一条路由信息的“下一跳路由器地址”字段的地址都修改为，并把每一条路由信息的“距离”字段的数值加1，执行步骤4；

步骤4、针对收到的RIP 报文中的每一条路由信息，执行步骤5；

步骤5、如果路由信息对应的目的网络地址和子网掩码在路由器的路由表中不存在，则直接将路由信息加入到路由器的路由表中；如果路由信息对应的目的网络地址和子网掩码在的路由表中存在相应的路由信息，执行步骤6；

步骤6、如果路由信息对应的下一跳路由器地址和路由信息的下一跳路由器地址相同，则更新路由表；如果不同，执行步骤7；

步骤7、如果路由信息对应的距离小于路由信息对应的距离，则更新路由表；否则，什么也不做；

步骤8、若3分钟还没有收到相邻路由器的更新路由表，则把此相邻路由器记为不可达路由器，即将距离置为16（距离为16表示不可达）。