基于量子密钥分发QKD的通信加密方法、装置及系统与流程

本技术涉及通信，尤其涉及一种基于量子密钥分发qkd的通信加密方法、装置及系统。

背景技术：

1、为了提高业务数据在传输过程中的安全性，通常需要对业务数据进行加密。

2、相关技术中，通常将量子密钥分发（quantum key distribution， qkd）设备实时生成的共享密钥流，直接作一次性口令（one-time password，otp）的密钥本，对业务数据进行加密，再将加密后的业务数据进行传输。

3、但是，若量子密钥分发qkd设备的实时密钥生成速率（典型为kbps至低mbps级）与业务数据传输速率（gbps级）之间存在数量级差距，则会导致业务数据的传输效率较低。

技术实现思路

1、本技术提供一种基于量子密钥分发qkd的通信加密方法、装置及系统，用于提升业务数据的传输效率。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种基于量子密钥分发qkd的通信加密方法，由第一通信设备执行，上述基于量子密钥分发qkd的通信加密方法包括：通过量子密钥分发qkd通道，以第一频率在上述第一通信设备与第二通信设备之间生成共享量子熵源，在每生成一个共享量子熵源后，将上述共享量子熵源与一个通信状态标识进行绑定，每个通信状态标识关联一个通信周期；在每到达一个通信周期后，将当前通信状态标识更新为上述通信周期对应的通信状态标识，并在上述通信周期内，以第二频率基于上述通信周期对应的通信状态标识所关联的共享量子熵源对业务数据进行加解密处理；其中，上述第二频率高于上述第一频率。

3、本技术提供的技术方案至少带来以下有益效果：本技术通过量子密钥分发qkd通道，以第一频率在第一通信设备与第二通信设备之间生成共享量子熵源，并在每生成一个共享量子熵源后，将该共享量子熵源与一个通信状态标识进行绑定，从而可以在每到达一个通信周期后，将当前通信状态标识更新为上述通信周期对应的通信状态标识，并在上述通信周期内，以第二频率基于上述通信周期对应的通信状态标识所关联的共享量子熵源对业务数据进行加解密处理。如此，通过量子密钥分发qkd通道以一定频率不间断的生成共享量子熵源，从而可以在不中断业务、且无需人工干预的情况下自动更新种子，以供第一通信设备与第二通信设备间通信时使用，同时将量子密钥分发qkd作为后台熵源使用，还可以规避量子密钥分发qkd成码率对加密速率的制约，维持系统端到端的信息论安全特性，使其能够支撑高速率的数据加密业务，无需等待实时密钥生成，加快业务数据传输速率，进而提升业务数据的传输效率。

4、一种可能的实现方式，上述量子密钥分发qkd的通信加密方法还包括：预先设置至少一个绝对时间点，并为每个上述绝对时间点设置一个重叠窗口[t-x，t+x]；其中，每个绝对时间点为一个通信周期的起始时刻，t为一个绝对时间点，x小于对应通信周期的时长；在上述通信周期对应的重叠窗口内，同时接收使用更新前的通信状态标识对应共享量子熵源进行加密处理所得到的数据包、以及使用更新后的通信状态标识对应的共享量子熵源进行加密处理所得到的数据包，并使用相应的共享量子熵源进行解密处理。

5、另一种可能的实现方式，上述量子密钥分发qkd的通信加密方法还包括：在超出上述重叠窗口、且处于上述通信周期内的时间段内，仅接收使用更新后的通信状态标识对应的共享量子熵源进行加密处理所得到的数据包，并使用上述更新后的通信状态标识所绑定的共享量子熵源进行解密处理。

6、又一种可能的实现方式，上述通信周期内，上述第一通信设备发送的数据包包头中封装有更新后的通信状态标识。

7、再一种可能的实现方式，上述量子密钥分发qkd的通信加密方法还包括：在检测到当前通信状态标识更新后，安全擦除更新前的通信状态标识绑定的共享量子熵源。

8、另一种可能的实现方式，上述量子密钥分发qkd的通信加密方法还包括：在检测到量子密钥分发qkd通道失效时，执行以下操作中的至少一项：延长当前使用的共享量子熵源的有效使用时长；使用预存的备用共享量子熵源；暂停发起新的加密通信会话，保留上述第一通信设备使用共享量子熵源进行解密处理的解密能力。

9、又一种可能的实现方式，上述量子密钥分发qkd的通信加密方法还包括：在检测到量子密钥分发qkd通道恢复时，继续通过上述量子密钥分发qkd通道，以第一频率在上述第一通信设备与上述第二通信设备之间生成共享量子熵源。

10、第二方面，本技术实施例提供了一种基于量子密钥分发qkd的通信加密装置，应用于第一通信设备，上述基于量子密钥分发qkd的通信加密装置包括：

11、生成模块，用于通过量子密钥分发qkd通道，以第一频率在上述第一通信设备与第二通信设备之间生成共享量子熵源；

12、绑定模块，用于在每生成一个共享量子熵源后，将上述共享量子熵源与一个通信状态标识进行绑定，每个通信状态标识关联一个通信周期；

13、更新模块，用于在每到达一个通信周期后，将当前通信状态标识更新为上述通信周期对应的通信状态标识；

14、加解密模块，用于在上述通信周期内，以第二频率基于上述通信周期对应的通信状态标识所关联的共享量子熵源对业务数据进行加解密处理；

15、其中，上述第二频率高于上述第一频率。

16、一种可能的实现方式，上述量子密钥分发qkd的通信加密装置还包括：处理模块，用于预先设置至少一个绝对时间点，并为每个上述绝对时间点设置一个重叠窗口[t-x，t+x]；其中，每个绝对时间点为一个通信周期的起始时刻，t为一个绝对时间点，x小于对应通信周期的时长；在上述通信周期对应的重叠窗口内，同时接收使用更新前的通信状态标识对应共享量子熵源进行加密处理所得到的数据包、以及使用更新后的通信状态标识对应的共享量子熵源进行加密处理所得到的数据包，并使用相应的共享量子熵源进行解密处理。

17、另一种可能的实现方式，上述处理模块，还用于：在超出上述重叠窗口、且处于上述通信周期内的时间段内，仅接收使用更新后的通信状态标识对应的共享量子熵源进行加密处理所得到的数据包，并使用上述更新后的通信状态标识所绑定的共享量子熵源进行解密处理。

18、又一种可能的实现方式，上述通信周期内，上述第一通信设备发送的数据包包头中封装有更新后的通信状态标识。

19、再一种可能的实现方式，上述处理模块，还用于：在检测到当前通信状态标识更新后，安全擦除更新前的通信状态标识绑定的共享量子熵源。

20、另一种可能的实现方式，上述处理模块，还用于：在检测到量子密钥分发qkd通道失效时，执行以下操作中的至少一项：延长当前使用的共享量子熵源的有效使用时长；使用预存的备用共享量子熵源；暂停发起新的加密通信会话，保留上述第一通信设备使用共享量子熵源进行解密处理的解密能力。

21、又一种可能的实现方式，上述生成模块，还用于：在检测到量子密钥分发qkd通道恢复时，继续通过上述量子密钥分发qkd通道，以第一频率在上述第一通信设备与上述第二通信设备之间生成共享量子熵源。

22、第三方面，本技术提供一种量子密钥分发qkd的通信加密系统，上述量子密钥分发qkd的通信加密系统包括：

23、量子密钥分发qkd熵源供应子系统，用于通过量子密钥分发qkd通道，以第一频率在第一通信设备与第二通信设备之间生成共享量子熵源，并在每生成一个共享量子熵源后，将上述共享量子熵源传输至增强型种子管理单元；

24、上述增强型种子管理单元，用于接收上述共享量子熵源，并将上述共享量子熵源与一个通信状态标识进行绑定并存储，每个通信状态标识关联一个通信周期；

25、虚拟密钥本加解密子系统，用于在每到达一个通信周期后，在上述通信周期内，以第二频率基于上述通信周期对应的通信状态标识所关联的共享量子熵源对业务数据进行加解密处理；上述第二频率高于上述第一频率；

26、种子更新控制单元，用于在每到达一个通信周期后，将当前通信状态标识更新为上述通信周期对应的通信状态标识，并开始使用上述通信周期对应的通信状态标识所关联的共享量子熵源作为新种子。

27、第四方面，本技术提供一种电子设备，该电子设备包括：处理器和存储器；该存储器存储可在处理器上运行的程序或指令，上述程序或指令被该处理器执行时实现上述第一方面的方法，或者实现上述第二方面的方法。

28、第五方面，本技术提供一种可读存储介质，该可读存储介质上存储程序或指令，上述程序或指令被计算机执行时实现上述第一方面的方法，或者实现上述第二方面的方法。

29、第六方面，本技术提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品被存储在存储介质中，当该计算机程序产品被计算机执行时以实现上述第一方面的方法，或者实现上述第二方面的方法。

30、第七方面，本技术实施例提供了一种芯片，该芯片包括处理器和通信接口，所述通信接口和所述处理器耦合，所述处理器用于运行程序或指令，实现如第一方面所述的方法，或者实现上述第二方面的方法。

31、上述第二方面至第七方面的有益效果参考第一方面的对应描述，不再赘述。