一种量子密钥管理软件模块的联调测试系统及方法与流程

1.本发明涉及量子信息与计算机软件技术领域，具体涉及一种量子密钥管理软件模块的联调测试系统及方法。


背景技术：

2.量子科学与工程是引领行业变革的前沿技术领域，亟需建设量子通信与量子网络领域自主创新的生态软件体系。现有技术中，软件系统内部实现逻辑纷繁复杂，为确保开发周期，通常会把这个软件系统划分为多个互相独立的模块、子系统，分别交付给多人、多个团队进行开发和测试。各个系统在各自完成必要的功能验证之后，进入跨系统的联调测试。联调测试往往是保障系统的各个软件间能进行正确的交互并准确地完成各种业务的最重要的一个手段。
3.在量子通信与量子网络的密钥管理系统软件的应用中，目前缺乏相应的联调方法来对整个系统软件进行运行前的功能测试，当我们没有对软件的运行功能进行联调测试，在实际运作中可能会出现中断软件运行的需要以及数据丢失的问题，导致了量子通信与量子网络的系统容易出现漏洞与运行效率低。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供一种密钥管理系统软件模块之间的联调测试系统及方法。
5.本发明方法通过下述技术方案实现的：
6.一种量子密钥管理软件模块的联调测试系统，包括alice模块端、bob模块端、报文验证模块、所述bob模块端内设置有同步光校验模块、延时扫描模块和同步修正模块，其中：
7.所述alice模块端用于发送验证报文和控制指令，所述控制指令包括同步光校验命令、延时扫描命令或同步修正命令；
8.所述bob模块用于接收验证报文和控制指令；
9.所述报文验证模块用于接收到所述验证报文并解析验证报文是否符合通信协议的要求来判定经典信道是否建立，若符合要求则判定经典信道验证成功；
10.所述同步光校验模块用于对量子信道进行同步光校验；
11.所述延时扫描模块用于对量子信道进行信号光延时扫描校验；
12.所述同步修正模块用于量子信道的同步光与信号光进行修正。
13.一种量子密钥管理软件模块的联调测试方法，所述联调测试方法包括alice模块端和bob模块端，所述方法包括如下步骤：
14.步骤1：所述alice模块端通过经典信道向bob模块端发送一个验证报文；
15.步骤2：所述bob模块端接收到所述验证报文并解析验证报文是否符合通信协议的要求，若所述验证报文符合通信协议的要求，则bob模块端通过校验码判断所述验证报文的验证数据包是否有丢失情况，若无丢失情况，则向alice模块端返回响应报文，若有丢失情
况则返回步骤1；
16.若所述验证报文不符合通信协议的要求，则返回步骤1；
17.步骤3：所述alice端接收到所述响应报文后，解析所述响应报文是否符合通信协议的要求，若符合则说明经典信道验证成功，若不符合则返回步骤1；
18.步骤4：当步骤3的经典信道验证成功后，所述alice模块端下发同步光校验命令到所述bob模块端并对量子信道进行同步光校验，校验成功则跳转到步骤5，检验不成功则重复步骤4；
19.步骤5:当步骤4的同步光检验成功后，所述alice模块端下发延时扫描命令给所述bob模块端并对量子信道进行信号光延时扫描校验，校验成功则跳转到步骤6，检验不成功则重复步骤5；
20.步骤6：当步骤5的信号光延时扫描校验成功后，所述alice模块端发送同步修正命令给bob端并对量子信道的同步光与信号光进行修正，若所述修正成功，则所述alice模块端和bob模块端联调测试成功，若所述修正不成功，则重复步骤6。
21.进一步地，所述符合通信要求的判断标准是：所述验证报文或响应报文的数据帧格式是否包含祯头、数据长度、类别、命令字、数据、校验和帧尾，包含全部则判断为符合通信要求。
22.进一步地，所述同步光校验命令、所述延时扫描命令和所述同步修正命令均保存在所述数据帧的命令字中。
23.进一步地，所述验证报文的验证数据包储存在所述数据帧的数据中。
24.进一步地，所述步骤4中对量子信道进行同步光校验的具体步骤包括如下：
25.步骤4-1：所述alice模块端将同步光校验命令通过经典信道传送给bob模块端；
26.步骤4-2：所述bob模块端接收到同步光校验命令并解析，解析成功则通过经典信道向alice端回复同步光校验响应报文；解析不成功则不回复；
27.步骤4-3：若所述alice模块端没有接收到bob模块端回复的同步光校验响应报文，则跳转到步骤4-1；
28.若所述alice模块端接收到bob模块端回复的同步光校验响应报文，则所述alice模块端产生同步光并通过量子信道发送给bob模块端；
29.步骤4-4：当所述bob模块端接收到所述同步光时，检测结果以报文的形式返回给alice模块端；
30.当所述bob模块端没有接收到所述同步光时，不回复任何报文；
31.步骤4-5：当所述alice模块端收到所述检测结果，则量子信道同步光校验成功并跳转到步骤5；
32.当所述alice模块端没有收到所述检测结果，则跳转到步骤4-1。
33.进一步地，所述步骤5中量子信道进行信号光延时扫描校验步骤如下：
34.步骤5-1：所述alice模块端将延时扫描命令通过经典信道发送给bob模块端；
35.步骤5-2：所述bob模块端接收到延时扫描命令后开启探测器计数值检测；
36.步骤5-3：alice模块端通过量子信道向bob模块端依次发送信号光；
37.步骤5-4：bob模块端根据检测到的信号光调整门控信号延时直至探测器计数值达到alice模块端发送的信号光个数时，向alice模块端发送调整成功报文；
38.步骤5-5：若所述alice模块端没收到所述调整成功报文，则跳转到步骤5-1。
39.若所述alice模块端收到所述调整成功报文，则量子信道信号光延时扫描校验成功并跳转到步骤6。
40.进一步地，所述信号光包括四个信号光，分别为h、v、p和n。
41.进一步地，所述步骤6中的量子信道的同步光与信号光修正的具体步骤如下：
42.步骤6-1：所述alice模块端通过经典信道发送同步修正命令给bob模块端；
43.步骤6-2：所述bob模块端开启同步光检测器和单光子探测器；
44.步骤6-3：alice模块端通过量子信道向bob模块端发送信号光和同步光；
45.步骤6-4：所述bob模块端计算所述信号光和所述同步光的延时差并保存修正值，并向alice模块端发送修正值。
46.步骤6-5：若alice模块端没有接收到所述修正值，则跳转到步骤6-1；
47.若alice模块端接收到所述修正值，则量子信道的同步光与信号光修正成功。
48.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
49.本发明公开的一种量子通信与量子网络应用领域中密钥管理系统软件模块之间的联调测试方法，密钥系统的软件模块间通过发送验证报文来确保模块间的正常通信，以及通过发送的数据帧中不同的命令字来进行不同的测试操作，提高了量子通信与量子网络模块间的联调效率以及保障了系统的后续运行。
附图说明
50.图1是本发明一种量子密钥管理软件模块的联调测试系统的原理框图；
51.图2是本发明一种量子密钥管理软件模块的联调测试方法的方法流程图；
52.图3是本发明一种量子密钥管理软件模块的联调测试方法的经典网络连通性验证流程图；
53.图4是本发明一种量子密钥管理软件模块的联调测试方法的通信数据帧的格式；
54.图5是本发明一种量子密钥管理软件模块的联调测试方法的同步光校验流程图；
55.图6是本发明一种量子密钥管理软件模块的联调测试方法的信号光延时扫描流程图；
56.图7是本发明一种量子密钥管理软件模块的联调测试方法的同步修正流程图。
具体实施方式
57.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，但本发明要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。
58.如图1所示，一种量子密钥管理软件模块的联调测试系统，包括alice模块端、bob模块端、报文验证模块、所述bob模块端内设置有同步光校验模块、延时扫描模块和同步修正模块，其中：
59.所述alice模块端用于发送验证报文和控制指令，所述控制指令包括同步光校验命令、延时扫描命令或同步修正命令；
60.所述bob模块用于接收验证报文和控制指令；
61.所述报文验证模块用于接收到所述验证报文并解析验证报文是否符合通信协议
的要求来判定经典信道是否建立，若符合要求则判定经典信道验证成功；
62.所述同步光校验模块用于对量子信道进行同步光校验；
63.所述延时扫描模块用于对量子信道进行信号光延时扫描校验；
64.所述同步修正模块用于量子信道的同步光与信号光进行修正。
65.本系统的所有模块的功能具体实现方案与以下一种量子密钥管理软件模块的联调测试方法对应部分的方法一致，这里不再赘述。
66.如图2-7所示，一种量子密钥管理软件模块的联调测试方法，所述联调测试方法包括alice模块端和bob模块端，所述方法包括如下步骤：
67.步骤1：所述alice模块端通过经典信道向bob模块端发送一个验证报文；该验证报文含有验证数据包，所述数据包可以验证alice模块端和bob模块端之间是否正常连接；如图2所示，所述验证报文的数据帧格式为祯头stx、数据长度、类别、命令字、数据、校验和帧尾。其中，所述验证数据包保存在数据帧的数据中。
68.步骤2：所述bob模块端接收到所述验证报文后，首先解析验证报文是否符合通信协议的要求，即检查验证报文的数据帧格式是否包含祯头stx、数据长度、类别、命令字、数据、校验和帧尾，若所述验证报文全都包含则判断为符合通信协议的要求；若所述验证报文缺少部分则判断为不符合通信协议的要求，跳转回到步骤1；
69.其中，bob模块端还通过校验码判断所述验证报文的验证数据包是否有丢失情况，若有丢失情况则需要alice模块端通过经典信道向bob模块端重新发送一个验证报文，即跳转回步骤1；
70.若无丢失情况，则向alice模块端返回响应报文，
71.步骤3：所述alice端接收到所述响应报文后，解析所述响应报文是否符合通信协议的要求，即是否符合数据帧的格式要求，若符合则说明经典信道验证成功，若不符合则返回步骤1，所述alice模块端重新通过经典信道向bob模块端发送一个验证报文；
72.如图4所示，步骤4：当步骤3的经典信道验证成功后，
73.其中，步骤4-1：所述alice模块端将同步光校验命令通过经典信道传送给bob模块端；步骤4-2：所述bob模块端接收到同步光校验命令并解析，解析成功则通过经典信道向alice端回复同步光校验响应报文；若bob模块端解析不成功则不回复响应报文；
74.步骤4-3：所述alice模块端判断有没有收到响应报文，当没有接收到bob模块端回复的同步光校验响应报文时，则跳转到步骤4-1，即重新进行下发同步光校验命令；
75.当所述alice模块端接收到bob模块端回复的同步光校验响应报文时，所述alice模块端便开始产生同步光，并通过量子信道发送给bob模块端；
76.步骤4-4：当所述bob模块端接收到所述同步光时，检测结果以报文的形式返回给alice模块端，告知alice模块端已经正常接收到同步光；
77.当所述bob模块端没有接收到所述同步光时，不回复任何报文；
78.步骤4-5：当所述alice模块端收到所述检测结果，则量子信道同步光校验成功并跳转到步骤5；
79.当所述alice模块端没有收到所述检测结果，则跳转到步骤4-1。
80.如图5所示，所述步骤5中量子信道进行信号光延时扫描校验步骤如下：
81.步骤5-1：所述alice模块端将延时扫描命令通过经典信道发送给bob模块端；
82.步骤5-2：所述bob模块端接收到延时扫描命令后开启探测器计数值检测；
83.步骤5-3：alice模块端通过量子信道向bob模块端依次发送四个信号光，分别为h、v、p和n；
84.步骤5-4：bob模块端根据检测到的信号光来调整门控信号延时，探测器接收到信号光后产生光电脉冲，探测器对所述光电脉冲进行计数，当计数值达到4时，说明bob模块端的信号光接收功能可以正常运行，bob模块端便向alice模块端发送调整成功报文；
85.步骤5-5：若所述alice模块端没收到所述调整成功报文，则跳转到步骤5-1，即alice模块端重新下发延时扫描命令。
86.若所述alice模块端收到所述调整成功报文，则量子信道信号光延时扫描校验成功，说明量子信道的信号光扫描功能能正常运行，同时跳转到步骤6。
87.步骤6：当步骤5的信号光延时扫描校验成功后，所述alice模块端发送同步修正命令给bob模块端并对量子信道的同步光与信号光进行修正，同步修正是为了补偿同步光与信号光传输延时差，包含板上电路器件延时差异和光纤传输延时差异。同步修正的功能主要就是通过计算来检验和修正生成系统接收的同步光与信号光的延时同步关系，确保通信双方的发送和接收能够同步。
88.如图6所示，所述步骤6中的量子信道的同步光与信号光修正的具体步骤如下：
89.步骤6-1：所述alice模块端通过经典信道发送同步修正命令给bob模块端，目的是告知bob端开始检测同步光和探测单光子；
90.步骤6-2：所述bob模块端开启同步光检测器和单光子探测器；
91.步骤6-3：alice模块端通过量子信道向bob模块端发送信号光和同步光；
92.步骤6-4：所述bob模块端计算所述信号光和所述同步光的延时差并保存修正值，并向alice模块端发送修正值；
93.步骤6-5：若alice模块端没有接收到所述修正值，则跳转到步骤6-1，alice模块重新发送同步修正命令；
94.若alice模块端接收到所述修正值，说明量子信道的同步光与信号光修正成功，至此完成系统的联调测试，在接下来alice模块端和bob模块端的正常通信里可以使用所述修正值来确保通信双方的发送和接收能够同步。可实现量子通信与量子网络多用户端的接收、发送验证报文和控制指令。
95.根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对发明构成任何限制。