一种面向群组会议的事件触发型量子密钥更新方法与流程

本发明涉及一种面向群组会议的事件触发型量子密钥更新方法，属于量子通信。

背景技术：

1、量子密钥分发（quantum key distribution, qkd）技术凭借其基于量子力学基本原理的无条件安全性，已成为保障群组会议通信安全的核心手段之一。在群组会议场景中，多方参与者需要共享同一会话密钥以实现安全通信，而密钥的定期更新和成员变更时的及时刷新是保证前向安全性和后向安全性的关键环节。现有群组量子密钥更新方案主要分为两类：一类是基于量子密钥协商（quantum key agreement, qka）协议的周期性更新方案，所有参与者通过多轮量子态传输和测量协商生成新的群组密钥；另一类是基于可信中继或密钥管理中心的集中式分发方案，由中心节点统一生成新密钥并分发给各参与方。此外，针对成员加入或退出的场景，部分协议设计了基于群组密钥矩阵或密钥树的增量更新机制，试图通过局部重计算替代全局密钥重协商，以降低更新开销。

2、然而，上述现有方案在实际群组会议应用中存在明显缺陷。其一，无论是周期性更新还是成员变更触发的更新，现有协议普遍需要中断当前会议通信，所有参与方暂停数据传输以配合密钥重协商流程，导致会议出现明显卡顿甚至短暂中断，严重影响用户参会体验。其二，现有方案的资源消耗与群组规模强相关，成员加入或退出时往往需要所有在线参与者重新执行完整的量子态制备、传输和测量流程，量子比特和经典通信开销随成员数量线性增长，当群组规模较大或成员变动频繁时，资源开销显著膨胀。其三，现有方案未考虑qkd网络实际负载状况对密钥更新策略的影响，密钥生成等级和通信参数配置固定不变，无法根据网络忙闲程度动态调节诱骗态配比、相位选择精度等参数，导致网络空闲时资源浪费、繁忙时更新延迟的双重困境，系统整体效率和实用性不足。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种面向群组会议的事件触发型量子密钥更新方法，通过事件驱动加权评估与相位补偿平滑过渡，解决现有群组密钥更新需中断会议、资源消耗高且无法适配网络负载的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的。

3、第一方面，本发明提供一种面向群组会议的事件触发型量子密钥更新方法，由第三方执行，包括：

4、基于事件初始优先级和事件权重，采用加权融合模型计算基础优先级得分；

5、基于所述基础优先级得分和qkd网络负载修正事件权重，得到修正权重；

6、基于事件初始优先级和修正权重，采用加权融合模型计算最终优先级得分；

7、基于最终优先级得分，根据预设阈值判定密钥生成等级，以生成密钥生成启动指令；

8、基于密钥生成启动指令设置通信参数配置规则，并初始化节点状态表；

9、根据参与方公开的量子态与节点加入请求，执行加入补偿计算得到更新后的全局掩码相位；

10、根据更新后的全局掩码相位与节点状态表中的节点离线状态，执行离线补偿计算得到补全后累积相位并公开；

11、基于新参与节点公开的最终密钥生成新密钥，并使用所述新密钥更新所述最终密钥。

12、进一步地，所述基础优先级得分表示为：

13、；

14、式中，表示基础优先级得分，表示初始优先级，表示关联权重，其中，表示预设的高优先级事件，表示预设的中优先级事件，表示预设的低优先级事件，表示事件为安全事件，表示事件为资源事件，表示事件为网络事件，表示事件为用户事件；

15、所述最终优先级得分表示为：

16、；

17、式中，表示最终优先级得分，表示修正权重，其中，。

18、进一步地，基于最终优先级得分，根据预设阈值判定密钥生成等级，以生成密钥生成启动指令，包括：

19、若最终优先级得分大于预设阈值，则根据修正权重计算判定密钥生成等级，以生成密钥生成启动指令；

20、若最终优先级得分小于等于预设阈值，则根据关联权重计算判定密钥生成等级，以生成密钥生成启动指令。

21、进一步地，所述节点状态表，表示为：

22、；

23、式中，表示节点状态表，表示第个节点的初始优先级，表示第个节点的在线状态标识，其中，表示表示第个节点处于在线状态，表示第个节点处于离线状态，表示第个节点的量子态调制相位值。

24、进一步地，根据参与方公开的量子态与节点加入请求，执行加入补偿计算得到更新后的全局掩码相位，包括：

25、将参与方公开的量子态传输至节点加入请求对应的新参与节点，并令新参与节点从预设相位集合中选取一相位值施加调制，得到节点调制相位；其中，所述预设相位集合仅包括范围内的离散角度值；

26、所述节点调制相位，表示为：

27、；

28、式中, 表示节点调制相位, 表示预设相位集合；

29、选取新参与节点自身对应的私有掩码为所述节点调制相位施加私有掩码并进行计算, 得到新节点掩码相位；

30、所述新节点掩码相位，表示为：

31、；

32、式中，表示新节点掩码相位，表示新节点自身对应的私有掩码；

33、获取新参与节点通过加密经典信道发送至第三方的新节点掩码相位，将新节点掩码相位与当前全局掩码相位进行模加计算，得到更新后的全局掩码相位；

34、所述更新后的全局掩码相位，表示为：

35、；

36、式中，表示更新后的全局掩码相位，表示当前全局掩码相位，表示模加计算函数。

37、进一步地，根据更新后的全局掩码相位与节点状态表中的节点离线状态，执行离线补偿计算得到补全后累积相位并公开，包括：

38、基于节点状态表中的节点离线状态，从更新后的全局掩码相位中减去退出参与者对应的离线节点掩码相位，得到临时全局掩码相位；

39、所述临时全局掩码表示为：

40、；

41、式中，表示临时全局掩码相位，表示退出参与者对应的离线节点掩码相位；

42、基于所述临时全局掩码相位选取一名在线合法参与者，令所述在线合法参与者选取一个新私有掩码以更新本地私有掩码；

43、计算所述新私有掩码与所述本地私有掩码的差值，得到掩码差值；

44、所述掩码差值，表示为：

45、；

46、式中，表示掩码差值，表示在线合法参与者选取的新私有掩码，表示在线合法参与者的本地私有掩码。；

47、将所述掩码差值与所述临时全局掩码相位进行模加计算，得到补全后累积相位并公开；

48、所述补全后累积相位，表示为：

49、；

50、式中，表示补全后累积相位。

51、第二方面，本发明提供一种面向群组会议的事件触发型量子密钥更新方法，由参与方执行，包括：

52、基于最终优先级得分设置通信参数，得到量子通信参数；

53、根据量子通信参数，执行量子态制备分发流程，得到传输完成的量子态并公开；

54、基于新参与节点公开的最终密钥，通过简化流程生成新密钥，并使用所述新密钥更新所述最终密钥。

55、进一步地，基于最终优先级得分设置通信参数，得到量子通信参数，包括：

56、基于最终优先级得分获取按预设阈值判定的密钥生成等级结果，所述密钥生成等级结果包括预设的高优先级和预设的低优先级；

57、根据所述密钥生成等级结果获取节点间光纤信道传输距离并进行计算，得到量子误码率安全阈值；

58、当所述密钥生成等级结果为预设的高优先级时，设置第一诱骗态配比，所述量子误码率安全阈值，表示为：

59、；

60、式中，表示量子误码率安全阈值，表示基础设备误码率常数，表示光纤线性衰减系数，表示节点间光纤信道传输距离；

61、基于所述量子误码率安全阈值与所述密钥生成等级结果，根据第一诱骗态配比执行诱骗态配置处理，得到量子通信参数；

62、当所述密钥生成等级结果为预设的低优先级时，设置第二诱骗态配比，将所述量子误码率安全阈值设置为预设的常数；

63、基于所述量子误码率安全阈值与所述密钥生成等级结果，根据第二诱骗态配比执行诱骗态配置处理，得到量子通信参数；

64、其中，所述第一诱骗态配比小于第二诱骗态配比。

65、进一步地，根据量子通信参数，执行量子态制备分发流程，得到传输完成的量子态并公开，包括：

66、根据量子通信参数，起始参与者在对应优先级情况下生成归一化的单光子初始态，并按照预设节点顺序向后续各参与节点依次传递，得到单光子传输量子态；

67、所述单光子传输量子态，表示为：

68、；

69、式中，表示单光子传输量子态，下标表示初始状态，和分别表示单光子传输量子态的水平偏振态的正交基矢和垂直偏振态的正交基矢，表示概率幅系数，表示量子态叠加符号；

70、根据所述单光子传输量子态，各参与节点按所述优先级对应的相位选择范围选取本地选择相位，并对所述单光子传输量子态施加泡利-z算子调制后叠加自身的私有掩码进行计算，得到量子态调制相位值，作为传输完成的量子态并通过加密经典信道将所述量子态调制相位值发送至第三方进行公开；

71、其中，第个节点的量子态调制相位值，表示为：

72、；

73、式中，表示第个节点的量子态调制相位值，表示第个节点的本地选择相位，表示第个节点的私有掩码；

74、其中，当所述密钥生成等级结果为预设的高优先级时，所述本地选择相位的选取范围为；

75、当所述所述密钥生成等级结果为预设的低优先级时，所述本地选择相位的选取范围为。

76、第三方面，本发明提供一种面向群组会议的事件触发型量子密钥更新方法，由新参与节点执行，包括：

77、根据参与方传输的量子态与节点加入请求，选取本地私有相位与私有掩码并计算得到新节点掩码相位，并将所述新节点掩码相位发送至第三方；

78、根据第三方公开的补全后累积相位，执行窃听检测并比对预设qber阈值，得到信道安全判定结果；

79、根据信道安全判定结果，终止执行量子态测量并公开测量基与角度参数，得到量子态测量结果与公开角度集合；

80、根据量子态测量结果与公开角度集合，解码得到256 位原始密钥；

81、根据256位原始密钥与最终优先级得分，按预设的优先级规则执行分块差错校正，得到校正后密钥；

82、根据校正后密钥与最终优先级得分，按预设的优先级规则执行隐私放大计算，得到最终密钥并公开；

83、基于最终密钥生成新密钥，并使用所述新密钥更新所述最终密钥。

84、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

85、1、本发明通过事件初始优先级与事件权重加权融合计算基础优先级得分，并结合qkd网络负载对事件权重进行修正后重新计算最终优先级得分，实现了对密钥更新触发条件的精细化动态评估，避免了对所有事件均执行完整密钥更新流程所导致的资源浪费和通信中断；同时，通过根据最终优先级得分判定密钥生成等级并生成密钥生成启动指令，仅在必要条件下触发密钥更新，减少了非必要更新次数，降低了群组会议中断频率；此外，通过根据参与方公开的量子态与节点加入请求执行加入补偿计算以更新全局掩码相位，以及根据全局掩码相位与节点离线状态执行离线补偿计算以得到补全后累积相位，使得成员加入或退出时无需中断会议即可通过相位补偿实现密钥的平滑过渡，避免了现有方案中成员变动需全体参与方重新执行量子态制备、传输和测量流程所带来的高资源消耗，同时通过通信参数配置规则和节点状态表的初始化，确保了密钥更新过程与qkd网络负载状态的动态适配，提高了群组会议量子密钥更新的效率和实用性。

86、2、本发明通过参与方基于最终优先级得分设置通信参数得到量子通信参数，实现了密钥更新过程中通信参数与事件优先级及qkd网络负载状态的动态匹配，避免了固定通信参数配置导致的资源浪费或性能不足；同时，通过根据量子通信参数执行量子态制备分发流程并将传输完成的量子态公开，使得各参与方能够依据统一的量子态信息协同完成密钥更新流程，保证了群组会议中多方密钥更新的一致性和同步性；此外，通过基于新参与节点公开的最终密钥经简化流程生成新密钥并更新最终密钥，使得参与方在新密钥生成后无需与第三方或其他参与方进行额外的密钥协商即可直接完成密钥切换，进一步缩短了密钥更新过程中的通信中断时长，提高了群组会议密钥更新的效率。

87、3、本发明通过新参与节点根据参与方传输的量子态与节点加入请求执行加入补偿计算得到更新后的全局掩码相位，使得新参与节点无需中断群组会议即可通过相位补偿机制无缝接入现有密钥分发体系，避免了现有方案中新成员加入需全体参与方重新执行完整密钥协商流程所导致的通信中断和资源开销；同时，通过根据第三方公开的补全后累积相位执行窃听检测并比对预设qber阈值得到信道安全判定结果，在密钥生成前即完成信道安全性验证，确保了密钥分发过程的安全性，避免了在非安全信道条件下执行后续密钥生成流程所导致的计算资源浪费；此外，通过根据信道安全判定结果执行量子态测量并公开测量基与角度参数，结合解码得到256位原始密钥后，按最终优先级得分对应的预设优先级规则依次执行分块差错校正和隐私放大计算，使得差错校正和隐私放大的计算复杂度与密钥更新优先级动态适配，低优先级事件采用简化处理以降低计算开销，高优先级事件采用强化处理以保证密钥安全性，实现了安全性与效率的平衡；进一步地，通过基于最终密钥生成新密钥并更新最终密钥，使得新参与节点在完成密钥生成后即与群组其他成员保持密钥同步，保证了群组会议通信的连续性和安全性。