足球烯结构的多用户网络系统及其量子密钥分发方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及量子通信、自组织路由领域，具体涉及足球烯结构的多用户网络系统及其密钥分发方法。
【背景技术】
[0002]量子密码学是一门信息科学、量子力学和密码学结合的新兴交叉学科，是量子力学和信息科学在密码学中的应用，主要涉及量子物理学、信息科学和计算机科学等多种学科，具有潜在的应用价值和重大的科学意义。量子通信是指利用量子效应进行信息传递的一种新型通信方式，量子测不准定理和不可克隆定理等从原理上保证了量子密码的绝对安全性。
[0003]量子远程传态利用收发双方所共同拥有的纠缠量子对传送量子信息，因其非局域性、不可逆性和瞬时性，被广泛应用于量子通信网络中。基于量子远程传态和纠缠交换可以实现多节点远距离通信，为复杂结构无线量子通信网络的研究奠定了基础。
[0004]在量子通信技术中，点对点的两方量子密钥分发技术已经趋于成熟，但是其光子利用率和传输稳定性还需要进一步地加强，同时，随着世界信息化的发展，越来越多的复杂光纤网络被建立并投入运行。QKD未来面临的一个重要的实际问题是需要基于一对一的通信方式发展成一对N，N对一，甚至N对N的量子密钥分发网络，同时可进行量子网络和经典通信多网络的融合，以此来避免量子通信必须建立专用网络重大投入，满足快捷的多用户通
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[0005]经典通信的移动自组织网络是一种分布式的无线网络系统，在组网过程中无需预设基础设施和中心管理结构，所有网络中的节点都具备路由能力。移动自组织网络已经有了接近四十年的发展历史，上世纪70年代，美国国防部高级计划研究局(DARRA)开展了无线电交换的研究，由于军事活动中移动变化的特点，传统基站通讯结构在临时性环境中不可行，在这种情况下移动自组织的概念被提出来，它通过提供无需预先布置固定基础设施的多条通信网络，能够有效地解决上述移动变化的问题。由于移动自组织网络的快捷与有效性，在很多领域都已广泛应用。
[0006]近年来移动自组织网络在量子通信中得到应用。量子通信网络将信息通过量子态编码传递，突破现有网络的物理极限，可以提供更快的信息处理速度和高安全性、高容量的传输，具有广阔的前景。多用户网络化的要求推动了量子通信和经典通信融合网络技术的发展，量子通信自组织网络便是其中的一种，其量子密钥分发的安全性和能够适应网络结构的变化的特点逐渐受到重视。
[0007]基于自组织技术的量子通信网络得到了研究和发展，研究了量子通信网络中的信道编码和网络容量问题进行了研究并设计相关协议，研究了基于纠缠关联的数据链路层量子通信协议，并在此基础设计了用于量子通信网络的选择重传量子同步通信协议，有效提高了量子通信网络数据链路层最大吞吐量和信道利用率。
[0008]上述研究为量子通信网络协议的设计分析奠定了基础，但大部分工作基于简单网络结构和寻址的有线量子通信网络，如点对点、星型网络结构等，对复杂结构的无线量子通信网络研究较少，因此有待开发一种使用方便，安全性高，能够实现N对N的结构化网络系统，并利用基于量子远程传态的量子密钥分发系统和方法。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种使用方便，安全性高，能够实现N对N的结构化网络系统，并利用基于量子远程传态的量子密钥分发原理建立足球烯结构的多用户网络系统及其量子密钥分发方法。
[0010]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0011]本发明的技术方案是这样实现的:足球烯结构的多用户网络系统，包括C60分子结构的自组织网络结构，所述自组织网络结构包括60个节点；
[0012]其中，所述自组织网络结构中每个节点存在纠缠粒子对作为信息传递资源，可以进行纠缠粒子对的制备；
[0013]任意相邻的节点之间存在两条信道，分别为经典信道和量子信道；
[0014]任意相邻的节点之间可以直接通信，非相邻节点可以通过其他节点的信息转发实现通信；
[0015]每个节点既可以作为通信的主机也作为路由器，并且每个节点即可以做密钥信息的发送端又可以做密钥信息接收端，还可以作为密钥信息发送的中间通信端；
[0016]所述自组织网络结构进行量子密钥通信时:首先通过所述节点进行路由信息的转发，确定从源节点到目的节点的最优路径;确定最优路径后，进行反向路由，确定最终路径；最后通过选择的最终路径，进行基于纠缠态的量子远程传态；
[0017]所述节点表示自组织网络结构量子密钥通信的用户端。
[0018]优选地，确定从源节点到目的节点的最优路径过程包括:源节点播送路由请求消息，中间节点处理路由信息寻找路径；目的节点进行反向路由并确定最终路由路径三个过程；
[0019]优选地，每个节点维护一个路由表，所述路由表中包含目的节点地址，下一跳节点地址，路由度量值以及路由的有效时间。
[0020]优选地，所述源节点播送路由请求消息具体为:若源节点的路由表中不存在到目的节点的有效路由，当源节点需要量子信息传递时，那么从源节点广播一个路由请求消息。
[0021]优选地，当源节点广播路由请求消息后，中间节点收到该路由请求消息，并对其进行处理:
[0022]所述中间节点收到路由请求消息后，其对路由请求消息的处理过程为:更新路由请求消息中路由度量值;更新路由表以建立到源节点的反向路由；更新路由请求消息中上一跳的节点地址为当前节点地址，并将跳数值加I，广播该路由请求消息；
[0023]其中:所述路由请求消息路由度量值的更新方式为:将本节点与发送路由请求消息的节点间所拥有的纠缠粒子对数目为N。;根据源节点地址和序列号检查是否收到过相同的路由请求消息，若收到过相同的路由请求消息或者N。值为O，将丢弃本次收到的路由请求消息，以避免多次重复广播相同路由请求消息以及在不存在量子信道的节点间广播路由消息。
[0024]优选地，所述目的节点接收来自不同相邻节点的相同路由请求消息，并且统计收到的总的路由请求消息。
[0025]优选地，所述目的节点收到路由请求消息后，在一段时间内处理对所有收到的路由请求消息进行处理:所述目的节点对比各节点的路由度量值并选择路由度量值最大的路径作为通信路径;若多条路径路由度量相同且均为最大值，那么就选择所有路径中跳数最小的路径作为通信路径。
[0026]优选地，所述通信路径选择后，目的节点产生路由应答消息并以逐跳的方式沿所选择路径的反向路径传递至源节点；当所述路由应答消息处理结束后，源节点收到路由应答消息，在路由表中添加至目的节点路由信息，建立从源节点到目的节点的路由，完成最终路径确定，节点可以通过所选最终路径进行量子信息传递