一种增强电网安全的量子中继方法及系统与流程

本发明涉及电网安全，特别是一种增强电网安全的量子中继方法及系统。

背景技术：

1、在当前电网安全领域，尤其是在量子密钥分发(qkd)技术中，保证通信的安全性成为一项至关重要的任务。量子密钥分发技术利用量子力学的原理，提供理论上无法破解的安全通信方式。然而，在实际的网络环境中，如何有效地将量子密钥从一个节点安全地传输到另一个节点，尤其是在长距离通信中，仍然面临诸多挑战。

2、传统的qkd系统通常涉及两个直接通信的节点，这限制了其在更广泛的网络中的应用。此外，由于量子态的脆弱性，直接量子通信距离受到严重限制。因此，引入中继节点成为扩展量子通信距离的一种解决方案。然而，如何保证在中继节点进行的操作既能维持密钥的安全性，又不会因操作过程中的信息泄露而降低整个系统的安全性，是目前技术所面临的主要问题。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明所要解决的问题在于：如何保证在中继节点进行的操作既能维持密钥的安全性，又不会因操作过程中的信息泄露而降低整个系统的安全性。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种增强电网安全的量子中继方法，其包括，中继节点接收来自发送节点的第一密钥ka；中继节点生成与第一密钥ka相同长度的第一动态密码kd1，并通过动态密码kd1对第一密钥ka进行对称加密获得第二密钥kb，第一动态密码kd1通过中继节点时间戳生成；中继节点将第二密钥kb发送给接收节点；接收节点通过北斗卫星同步的时间戳生成第二动态密码kd2，通过第二动态密码kd2作为解密密钥对第二密钥kb进行解密获得第一密钥ka，第二动态密码kd2与第一动态密码kd1生成的初始时刻和生成规则相同。

4、作为本发明所述一种增强电网安全的量子中继方法的一种优选方案，其中：所述第一动态密码kd1的生成方法包括，使用哈希函数对时间戳取哈希值，将哈希值作为第一动态密码kd1，公式表示为，

5、

6、其中，kdz表示为第z动态密码，z∈1，2，h(t)表示为哈希函数，t表示为当前时间戳，g表示为环境变量的增益系数，s(x)表示为历史哈希值的影响函数，f表示为信息过滤函数，n表示为归一化函数。

7、作为本发明所述一种增强电网安全的量子中继方法的一种优选方案，其中：所述历史哈希值的影响函数s(x)为基于过去哈希值的复杂求和，公式表示为，

8、

9、其中，ti表示为第i个时间点的时间戳，n表示为时间点的总数，wi表示为ti对应的权重，权重随时间变化而调整，公式表示为，

10、

11、其中，α表示为控制权重衰减速率的系数。

12、作为本发明所述一种增强电网安全的量子中继方法的一种优选方案，其中：所述信息过滤函数f公式表示为，

13、f(x)＝tanh(β·(x-μ))+sin(γ·x)

14、其中，β表示为调节变换的敏感度，μ表示为输入数据的中心值，γ表示为频率系数。

15、作为本发明所述一种增强电网安全的量子中继方法的一种优选方案，其中：所述第二动态密码kd2的生成的方法包括，接收节点记录接收到第二密钥kb的接收节点本地时间戳t'；中继节点定时向接收节点发送带有中继节点时间戳t1的第一同步消息；接收节点记录接收到第一同步消息的接收节点本地时间戳为t2；接收节点向中继节点发送包含当前接收节点本地时间戳t3的第二同步消息；中继节点接收到第二同步信息以后立即应答，应答信息同时包含中继节点的当前时间戳t4；接收节点计算接收节点本地时间戳t'对应的中继节点时间戳t，计算公式表示为，

16、

17、接收节点通过中继节点时间戳t，利用哈希函数生成第二动态密码kd2。

18、作为本发明所述一种增强电网安全的量子中继方法的一种优选方案，其中：所述中继节点包含若干个，并以网状结构分布，所述中继节点包含单光子探测器、偏振采集器、偏振分束器、时间戳截取器、第一时间槽和第二时间槽；

19、当光子打到所述第一时间槽时编码为0，当光子打到所述第二时间槽时编码为1，发送节点按照时间差将光子打到中继节点中，中继节点根据光子打到时间槽的状态，得到一串01编码，将当前的01编码与预设编码进行比对，若编码不同，则判断此次动作受到攻击，停止密钥分发流程；

20、若编码相同，则单光子探测器检测光子状态并发送第一信号至偏振采集器中，偏振采集器对第一信号进行处理并发送第二信号至偏振分束器中，偏振分束器对第二信号进行展开分束得到第三信号，基于第三信号与时间戳截取器截取的时间戳设置动态密码；所述第一信号包含光子的能量状态信息；所述第二信号包含光子的偏振状态和方向信息；所述第三信号为基于振动方向得到的不同方向的光束；对第三信号进行解析可得到第一密钥信息。

21、作为本发明所述一种增强电网安全的量子中继方法的一种优选方案，其中：所述接收节点接收所有中继节点发来的第二密钥，对第二密钥解密后得到所有中继节点对应的第一密钥，对所有第一密钥进行簇类分析，将最大簇类对应的第一密钥作为最终的第一密钥。

22、本发明的另外一个目的是提供一种基于近场通信技术的防走错间隔系统，此系统可实现量子密钥的长距离传输。

23、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种增强电网安全的量子中继方法的系统，包括：发送点、中继节点和接收节点；所述发送点用于发送第一密钥ka；所述中继节点用于接收来自发送节点的第一密钥ka，并生成与第一密钥ka相同长度的第一动态密码kd1，通过动态密码kd1对第一密钥ka进行对称加密获得第二密钥kb，将第二密钥kb发送给接收节点，第一动态密码kd1通过中继节点时间戳生成；所述接收节点通过北斗卫星同步的时间戳生成第二动态密码kd2，通过第二动态密码kd2作为解密密钥对第二密钥kb进行解密获得第一密钥ka。

24、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述一种增强电网安全的量子中继方法的步骤。

25、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述一种增强电网安全的量子中继方法的步骤。

26、本发明有益效果为：本发明通过使用基于时间戳的动态密码生成和验证机制，本发明不仅提高了密钥的安全性，还能有效扩展密钥的应用范围和传输距离。这种方法的引入，尤其是结合时间戳和哈希函数生成的动态密码，为电网中的量子密钥传输提供了一个更为安全和可靠的解决方案。此外，通过中继节点的引入，本方法能够克服传统qkd系统在距离和网络复杂性方面的限制，推动量子通信技术在更广泛电网应用中的实际部署。

技术特征：

1.一种增强电网安全的量子中继方法，其特征在于：包括，

2.如权利要求1所述的一种增强电网安全的量子中继方法，其特征在于：所述第一动态密码kd1的生成方法包括，使用哈希函数对时间戳取哈希值，将哈希值作为第一动态密码kd1，公式表示为，

3.如权利要求2所述的一种增强电网安全的量子中继方法，其特征在于：所述历史哈希值的影响函数s(x)为基于过去哈希值的复杂求和，公式表示为，

4.如权利要求3所述的一种增强电网安全的量子中继方法，其特征在于：所述信息过滤函数f公式表示为，

5.如权利要求4所述的一种增强电网安全的量子中继方法，其特征在于：所述第二动态密码kd2的生成的方法包括，接收节点记录接收到第二密钥kb的接收节点本地时间戳t'；

6.如权利要求5所述的一种增强电网安全的量子中继方法，其特征在于：所述中继节点包含若干个，并以网状结构分布，所述中继节点包含单光子探测器、偏振采集器、偏振分束器、时间戳截取器、第一时间槽和第二时间槽；

7.如权利要求6所述的一种增强电网安全的量子中继方法，其特征在于：所述接收节点接收所有中继节点发来的第二密钥，对第二密钥解密后得到所有中继节点对应的第一密钥，对所有第一密钥进行簇类分析，将最大簇类对应的第一密钥作为最终的第一密钥。

8.一种采用如权利要求1～7任一所述的一种增强电网安全的量子中继方法的系统，其特征在于：包括发送点、中继节点和接收节点；

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的一种增强电网安全的量子中继方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的一种增强电网安全的量子中继方法的步骤。

技术总结本发明公开了一种增强电网安全的量子中继方法及系统，涉及电网安全技术领域，包括中继节点接收来自发送节点的第一密钥；中继节点生成与第一密钥相同长度的第一动态密码，并通过动态密码对第一密钥进行对称加密获得第二密钥，第一动态密码通过中继节点时间戳生成；中继节点将第二密钥发送给接收节点；接收节点通过北斗卫星同步的时间戳生成第二动态密码，通过第二动态密码作为解密密钥对第二密钥进行解密获得第一密钥，第二动态密码与第一动态密码生成的初始时刻和生成规则相同。本发明通过使用基于时间戳的动态密码生成和验证机制，本发明不仅提高了密钥的安全性，还能有效扩展密钥的应用范围和传输距离。技术研发人员：董武,胡飞飞,彭琳钰,林旭斌,陈晓谨,彭迪栎,刘旭,汤玮,苏华英,何肖蒙,李由,晏彬洋,赵讯,潘祯,张光辉受保护的技术使用者：贵州电网有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/12/12