量子密鑰分發網絡

曹原

南京郵電大學講師，2021年獲北京郵電大學信息與通信工程博士學位，曾赴瑞典皇 家理工學院和英國南安普頓大學訪問交流。近5年，以第 一作者發表SCI/EI檢索等學術論文20餘篇，完成國內外學術會議報告10餘次，授權國際/國家發明專利9項，出版中文學術專著1部、英文專著1部。先後參加國家重點研發計劃、國家自然科學基金等國家科研項目，參與制定國際電信聯盟電信標準化部門（ITU-T）軟件定義量子密鑰分發網絡國際標準。

趙永利

北京郵電大學教授、博士生導師、IET Fellow、美國加州大學戴維斯分校訪問學 者。2018年國家優 秀青年科學基金獲得者，入選北京市青年英才計劃，中國通信學會青年科技獎獲得者，中國產學研合作創新成果獎個人獎獲得者。先後主持和參加國家863計劃、國家973計劃、國家自然科學基金等國家科研項目，以及企業橫向合作項目30餘項，獲得國家科學技術進步獎二等獎1項、省部級科技獎勵10餘項。近5年，發表高水平期刊論文100餘篇，出版學術專著10部，完成國際學術會議特邀報告20餘次，授權發明專利50餘項，提交並被採納國際標準提案30餘篇，牽頭ITU-T國際標準項目2項。

鬱小松

北京郵電大學講師、碩士生導師、美國加州大學戴維斯分校訪問學 者。先後主持/參與國家和省部級等科研課題20餘項，包括國家863計劃、國家973計劃、國家自然科學基金等，同時參與多項業界研究機構和企業的產學研合作項目。獲得中國通信學會科技進步獎一等獎、中國發明協會發明創業成果獎一等獎等多項省部級獎勵。在國內外重要學術期刊及會議上發表SCI/EI檢索等學術論文90餘篇，出版學術專著3部，申請/授權國家發明專利30餘項，提交並被採納國際標準提案20餘篇。擔任IEEE/OSA國際學術期刊和國際學術會議審稿專 家，相關學術成果被引用1000餘次。

張傑

北京郵電大學教授，博士生導師，現任電子工程學院執行院長、信息光子學與光通信國家重點實驗室副主任，政府特殊津貼獲得者，入選國家百千萬人才工程、有突出貢獻中青年專 家。兼任中國通信學會光通信委員會委員、中國電子學會光通信與光網絡專業技術委員會委員、中國電機工程學會電力通信專業委員會委員、北京通信學會理事和青年工作委員會主任等。

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　量子因特網　216

8.4　本章小結　217

參考文獻　217

名詞索引　220