量子密鑰分發網絡

曹原

南京邮电大学讲师，2021年获北京邮电大学信息与通信工程博士学位，曾赴瑞典皇 家理工学院和英国南安普顿大学访问交流。近5年，以第 一作者发表SCI/EI检索等学术论文20余篇，完成国内外学术会议报告10余次，授权国际/国家发明专利9项，出版中文学术专著1部、英文专著1部。先后参加国家重点研发计划、国家自然科学基金等国家科研项目，参与制定国际电信联盟电信标准化部门（ITU-T）软件定义量子密钥分发网络国际标准。

赵永利

北京邮电大学教授、博士生导师、IET Fellow、美国加州大学戴维斯分校访问学 者。2018年国家优 秀青年科学基金获得者，入选北京市青年英才计划，中国通信学会青年科技奖获得者，中国产学研合作创新成果奖个人奖获得者。先后主持和参加国家863计划、国家973计划、国家自然科学基金等国家科研项目，以及企业横向合作项目30余项，获得国家科学技术进步奖二等奖1项、省部级科技奖励10余项。近5年，发表高水平期刊论文100余篇，出版学术专著10部，完成国际学术会议特邀报告20余次，授权发明专利50余项，提交并被采纳国际标准提案30余篇，牵头ITU-T国际标准项目2项。

郁小松

北京邮电大学讲师、硕士生导师、美国加州大学戴维斯分校访问学 者。先后主持/参与国家和省部级等科研课题20余项，包括国家863计划、国家973计划、国家自然科学基金等，同时参与多项业界研究机构和企业的产学研合作项目。获得中国通信学会科技进步奖一等奖、中国发明协会发明创业成果奖一等奖等多项省部级奖励。在国内外重要学术期刊及会议上发表SCI/EI检索等学术论文90余篇，出版学术专著3部，申请/授权国家发明专利30余项，提交并被采纳国际标准提案20余篇。担任IEEE/OSA国际学术期刊和国际学术会议审稿专 家，相关学术成果被引用1000余次。

张杰

北京邮电大学教授，博士生导师，现任电子工程学院执行院长、信息光子学与光通信国家重点实验室副主任，政府特殊津贴获得者，入选国家百千万人才工程、有突出贡献中青年专 家。兼任中国通信学会光通信委员会委员、中国电子学会光通信与光网络专业技术委员会委员、中国电机工程学会电力通信专业委员会委员、北京通信学会理事和青年工作委员会主任等。

第 1章 量子密鑰分發技術背景 1

1.1　網絡信息安全需求與挑戰　1

1.1.1　數據加密安全問題　1

1.1.2　密鑰分發安全問題　3

1.1.3　消息認證安全問題　4

1.1.4　量子信息技術影響　5

1.2　量子密鑰分發概述　7

1.2.1　量子通信基本原理　7

1.2.2　量子密鑰分發概念　8

1.2.3　量子密鑰分發工作原理　9

1.3　量子密鑰分發系統組成　10

1.3.1　量子密鑰分發終端　10

1.3.2　量子密鑰分發通道　11

1.4　量子密鑰分發分類　13

1.4.1　光纖量子密鑰分發和自由空間量子密鑰分發　13

1.4.2　離散變量量子密鑰分發和連續變量量子密鑰分發　14

1.5　經典量子密鑰分發協議　16

1.5.1　BB84協議　16

1.5.2　GG02協議　18

1.5.3　MDI協議　19

1.6　本章小結　20

參考文獻　20

第　2章 量子密鑰分發網絡概述　24

2.1　量子密鑰分發網絡基本概念　24

2.1.1　量子密鑰分發網絡定義　24

2.1.2　量子密鑰分發網絡需求　27

2.2　量子密鑰分發網絡發展現狀　28

2.2.1　量子密鑰分發接入網和局域網　28

2.2.2　量子密鑰分發城域網　30

2.2.3　量子密鑰分發骨乾網和廣域網　37

2.3　量子密鑰分發網絡發展前瞻　40

2.3.1　量子密鑰分發網絡標準動態　40

2.3.2　量子密鑰分發網絡應用前景　45

2.4　本章小結　47

參考文獻　48

第3章　量子密鑰分發網絡體系架構　52

3.1　量子密鑰分發網絡架構概述　52

3.1.1　量子密鑰分發網絡架構發展現狀　52

3.1.2　量子密鑰分發網絡架構典型案例　54

3.2　量子密鑰分發網絡架構基本構成　59

3.2.1　量子密鑰分發網絡基礎設施層　60

3.2.2　量子密鑰分發網絡控制管理層　60

3.2.3　量子密鑰分發網絡應用層　61

3.3　量子密鑰分發網絡元件　61

3.3.1　量子密鑰分發網絡基礎設施層元件　62

3.3.2　量子密鑰分發網絡控制管理層元件　64

3.3.3　量子密鑰分發網絡應用層元件　65

3.4　量子密鑰分發網絡接口和協議　66

3.4.1　量子密鑰分發網絡管理接口和協議　66

3.4.2　量子密鑰分發網絡控制接口和協議　67

3.4.3　量子密鑰分發網絡應用接口和協議　68

3.5　本章小結　70

參考文獻　71

第4章　量子密鑰分發網絡資源調控技術　73

4.1　量子密鑰分發網絡資源調控需求　73

4.1.1　量子密鑰分發網絡資源調控技術背景　73

4.1.2　量子密鑰分發網絡資源調控發展現狀　74

4.2　量子密鑰分發網絡時間調度量子密鑰池構建技術　76

4.2.1　量子密鑰池基本概念　76

4.2.2　量子密鑰分發網絡時間調度量子密鑰池構建架構　78

4.2.3　量子密鑰分發網絡時間調度量子密鑰池構建機制　79

4.2.4　量子密鑰分發網絡時間調度量子密鑰池構建策略　82

4.2.5　量子密鑰分發網絡時間調度量子密鑰池構建案例　86

4.3　量子密鑰分發網絡密鑰資源按需分配技術　94

4.3.1　量子密鑰分發網絡密鑰資源按需分配架構　94

4.3.2　量子密鑰分發網絡密鑰資源按需分配機制　96

4.3.3　量子密鑰分發網絡密鑰資源按需分配策略　99

4.3.4　量子密鑰分發網絡密鑰資源按需分配案例　102

4.4　本章小結　108

參考文獻　108

第5章　量子密鑰分發網絡中繼部署技術　111

5.1　量子密鑰分發網絡中繼部署需求　111

5.1.1　量子密鑰分發網絡中繼部署技術背景　111

5.1.2　量子密鑰分發網絡中繼技術發展現狀　112

5.2　量子密鑰分發網絡可信中繼部署技術　114

5.2.1　量子密鑰分發網絡可信中繼基本結構　114

5.2.2　基於可信中繼的量子密鑰分發網絡部署模型　116

5.2.3　基於可信中繼的量子密鑰分發網絡部署策略　119

5.2.4　基於可信中繼的量子密鑰分發網絡部署案例　122

5.3　量子密鑰分發網絡混合中繼部署技術　128

5.3.1　量子密鑰分發網絡混合中繼基本結構　128

5.3.2　基於混合中繼的量子密鑰分發網絡部署模型　131

5.3.3　基於混合中繼的量子密鑰分發網絡部署策略　136

5.3.4　基於混合中繼的量子密鑰分發網絡部署案例　138

5.4　本章小結　143

參考文獻　143

第6章　量子密鑰分發網絡多租戶提供技術　146

6.1　量子密鑰分發網絡多租戶提供需求　146

6.1.1　量子密鑰分發網絡多租戶提供技術背景　146

6.1.2　量子密鑰分發網絡多租戶技術發展現狀　147

6.2　量子密鑰分發網絡離線多租戶提供技術　149

6.2.1　量子密鑰分發網絡離線多租戶提供架構　149

6.2.2　量子密鑰分發網絡離線多租戶提供模型　151

6.2.3　量子密鑰分發網絡離線多租戶提供策略　154

6.2.4　量子密鑰分發網絡離線多租戶提供案例　156

6.3　量子密鑰分發網絡在線多租戶提供技術　162

6.3.1　量子密鑰分發網絡在線多租戶提供架構　162

6.3.2　量子密鑰分發網絡在線多租戶提供模型　163

6.3.3　量子密鑰分發網絡在線多租戶提供策略　167

6.3.4　量子密鑰分發網絡在線多租戶提供案例　172

6.4　本章小結　177

參考文獻　178

第7章　量子密鑰分發網絡軟件定義創新服務　180

7.1　量子密鑰分發網絡軟件定義控制需求　180

7.1.1　量子密鑰分發網絡軟件定義控制技術背景　180

7.1.2　量子密鑰分發網絡軟件定義控制發展現狀　182

7.2　軟件定義量子密鑰分發即服務技術　184

7.2.1　量子密鑰分發即服務基本原理和功能　184

7.2.2　軟件定義量子密鑰分發即服務體系框架　186

7.2.3　軟件定義量子密鑰分發即服務實現方法　188

7.2.4　軟件定義量子密鑰分發即服務實驗演示　192

7.3　軟件定義量子密鑰分發網絡多租戶配置技術　198

7.3.1　軟件定義量子密鑰分發網絡多租戶配置架構　198

7.3.2　軟件定義量子密鑰分發網絡多租戶配置協議　200

7.3.3　軟件定義量子密鑰分發網絡多租戶配置流程　200

7.3.4　軟件定義量子密鑰分發網絡多租戶配置測試　203

7.4　本章小結　209

參考文獻　209

第8章　量子密鑰分發網絡未來展望　212

8.1　量子密鑰分發組網與應用技術　212

8.1.1　量子密鑰分發組網性能提升　212

8.1.2　量子密鑰分發網絡編碼應用　213

8.1.3　量子密鑰分發組網測試與驗證　213

8.1.4　量子密鑰分發網絡商用化　213

8.2　量子密鑰分發網絡融合技術　214

8.2.1　量子密鑰分發融合後量子密碼　214

8.2.2　量子密鑰分發融合區塊鏈　214

8.2.3　量子密鑰分發融合物聯網　215

8.2.4　量子密鑰分發融合無線網絡　215

8.3　量子通信網絡新興技術　215

8.3.1　糾纏量子密鑰分發網絡　215

8.3.2　量子隱形傳態網絡　216

8.3.3　量子安全直接通信網絡　216

8.3.4　量子互聯網　216

8.4　本章小結　217

參考文獻　217

名詞索引　220