CN111385032B - 一种星地量子密钥网络用户间信息隔离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种星地量子密钥网络用户间信息隔离方法，其包括将多个用户划分为不同的管理平面的步骤，以及根据管理平面为用户配置分布式独立运控模式、用户专属独立运控模式和集中隔离运控模式之一的步骤。其中，分布式独立运控模式为用户配置一个或多个地面站终端，但不配置运控中心；用户专属独立运控模式为用户配置一个或多个地面站终端，以及用户专属的运控中心，用户专属的运控中心仅为属于该用户的地面站终端提供服务；集中隔离运控模式为用户配置一个或多个地面站终端，且为多个用户配置公共运控中心，公共运控中心为属于多个用户的地面站终端提供服务。

Description

一种星地量子密钥网络用户间信息隔离方法
技术领域
本发明涉及量子通信领域，具体涉及星地量子通信中的用户间信息隔离方法。
背景技术
密钥安全是密码安全的基石。量子通信为密钥安全传输提供了有效的技术途径。量子卫星因其覆盖范围广的优势，正成为全球技术领域的热点之一。目前国际上量子卫星尚停留在试验阶段，距离实用化、业务化尚有一定的距离，一些在业务化中的问题尚未解决。
量子卫星在使用中通常会涉及多个用户，即多个用户共同使用一颗卫星进行通信作业。各用户业务***的密码体系均会采用来自量子卫星的量子密钥，即各用户的密码***均与卫星***连接。但是根据保密安全要求，必须保证各用户密钥及相关信息安全、不互通。
一个天地一体化的卫星***需要建设一个运控中心完成卫星***的运控任务。运控中心是应用业务端、地面站与卫星之间的联系纽带，对卫星和地面站实施运行控制，对卫星数据进行接收、汇集和分发。各用户将业务需求告知运控中心，由运控中心统一安排任务后编制形成任务指令包，并发送给卫星和地面站。卫星和地面站收到任务指令包后，根据任务指令包内的工作参数、工作时间进行工作完成任务。
但是传统的运控模式在星地量子密钥网络中至少存在以下弊端：1)星地量子密钥网络有任务保密等级要求。在传统运控模式中，敏感的任务信息(如用户、密钥任务量等)全部汇聚在运控中心，运控中心涉及设备、人员众多，存在极大的信息安全风险。2)不同用户之间的密钥***需要有隔离手段。在传统运控模式中，所有用户的业务端、地面站都连接到运控中心，受运控中心的管控，难以实现不同用户的信息隔离。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种星地量子密钥网络用户间信息隔离方法，其包括以下步骤：
将多个用户划分为不同的管理平面；
根据所述管理平面，为所述用户配置分布式独立运控模式、用户专属独立运控模式和集中隔离运控模式中的一种，其中，
在所述分布式独立运控模式中，为所述用户配置一个或多个地面站终端，但不配置运控中心；
在所述用户专属独立运控模式中，为所述用户配置一个或多个所述地面站终端，以及用户专属的运控中心，所述用户专属的运控中心仅为属于所述用户的所述地面站终端提供服务；以及
在所述集中隔离运控模式中，为所述用户配置一个或多个所述地面站终端，且为多个所述用户配置公共运控中心，所述公共运控中心为属于所述多个用户的所述地面站终端提供服务。
进一步地，在所述分布式独立运控模式中，所述地面站终端被配置成具有量子成码、数据接收、任务发起和监视、指令生成、测控上传的功能，所述数据接收包括接收卫星提供的星历和任务反馈数据。
更进一步地，在所述分布式独立运控模式中，所述地面站终端被配置成独立编制任务指令，以及直接向所述卫星发送任务安排、所述地面站终端的位置信息和开机时间信息、以及任务内容信息；并且，所述卫星被配置成独立地向与任务相关的所述地面站终端直接发送所述星历和所述任务反馈数据。
进一步地，在所述用户专属独立运控模式中，所述地面站终端被配置成具有量子成码、任务发起和监视的功能，所述用户专属的运控中心被配置成具有数据接收、指令生成、测控上传的功能，所述数据接收包括接收卫星提供的星历和任务反馈数据，属于所述用户的全部所述地面站终端由属于所述用户的所述用户专属的运控中心进行任务管理和运控。
进一步地，在所述集中隔离运控模式中，所述地面站终端被配置成具有量子成码、任务发起和监视的功能，所述公共运控中心被配置成具有数据接收、指令生成、测控上传的功能，所述数据接收包括接收卫星提供的星历和任务反馈数据，属于所述多个用户的全部所述地面站终端由所述公共运控中心进行任务管理和运控；并且，在所述公共运控中心内，所述用户彼此之间信息隔离。
进一步地，在卫星中预设策略以在工作任务出现冲突时协调采用所述分布式独立运控模式、所述用户专属独立运控模式和所述集中隔离运控模式中的一种。
进一步地，在卫星上配置形成多种模式的随机数发生器和/或调制方式，以为所述用户配置不同的所述随机数发生器和/或所述调制方式。
进一步地，为所述用户的量子信道采用不同或者随机的重复频率；并且/或者为所述用户的协商信道配置不同的激光或微波通信信道。
进一步地，将不同用户的量子密钥存储在卫星上不同的存储器或存储区域；并且/或者，对于不同用户的量子密钥，在所述地面站终端处用不同算法处理后输出。
进一步地，所述管理平面的划分依据所述用户的业务安全保密等级。
附图说明
图1示出了本发明的星地量子密钥网络用户间信息隔离方法中的管理平面的划分；以及
图2示出了量子密钥生成***的原理图。
具体实施方式
在下文中，本发明的示例性实施例将参照附图来详细描述。下面的实施例以举例的方式提供，以便充分传达本发明的精神给本发明所属领域的技术人员。因此，本发明不限于本文公开的实施例。
在本发明的星地量子密钥网络用户间信息隔离方法中，可以包括用户分级步骤，即：根据用户的不同业务安全保密等级，将用户(或者用户群)分为不同的平面进行管理和运行。作为示例，可以将用户分为军事平面、党政平面、商用平面等等，如图1所示。
为了实现不同用户间信息的有效隔离，在本发明的用户间信息隔离方法中，提出了多模式运控方式。在本发明的多模式运控中可以包括分布式独立运控模式、用户专属独立运控模式及集中隔离运控模式。
在分布式独立运控模式中，每个用户可以配置有多个地面站终端，且不设置运控中心。不同于传统配置方式，此处的地面站终端均可以直接向卫星发送任务请求，由卫星安排任务，例如对于属于同一用户的地面站终端A(A站)和地面站B(B站)，如果A站希望在A站和B站之间进行密钥分发，那么A站可以直接向卫星发送任务请求，卫星收到任务请求后根据卫星和地面站的使用情况安排通信的时间，并形成指令包下发给A站和B站。
A站和B站在接收到卫星下发的指令包之后，根据指令包中的工作时间、工作参数与卫星开展量子密钥分发任务，从而在A站和B站生成对称的量子密钥，使得A站和B站能够采用这种量子密钥进行通信。
由此可见，在分布式独立运控模式下，用户的地面站终端可以被配置成具有量子成码、数据接收、任务发起和监视、指令生成、测控上传的功能，即实质上构成具有“运通一体”功能的量子通信地面站，其中，此处的数据接收包括卫星提供的星历和任务反馈数据。
由于用户的各个地面站终端能够独立地编制任务指令、直接向卫星发送任务安排，工作中需要的地面站终端位置信息、开机时间信息、任务内容信息等内容也均由该地面站终端直接上注卫星，星历和任务反馈数据将由卫星独立地向与任务相关的地面站终端直接发送，无需借助其他公共平台传输数据，因此，属于同一用户但与执行该任务无关的其他地面站终端并不参与该任务有关的数据传输过程，因此无法获得与任务相关的任何信息，可以避免传统运控模式中用户任务信息全部集中于运控中心、各用户的信息耦合交互频繁导致的用户终端工作任务信息、地面站终端位置信息、任务内容信息泄露通过运控泄露。通过这种设置，不仅仅保证了本次任务的信息不被其他用户获知，而且保证了本次任务信息不被本用户其他地面站终端获知，从而能够有效保证任务信息的隔离。
在本发明的方法中，这种分布式独立运控模式优选适用于对任务信息和终端保密要求高的用户，例如划分为军事平面的用户。
在用户专属独立运控模式中，每个用户可以配置有多个地面站终端和用户专属的运控中心，即其运控中心仅为属于该用户的地面站终端提供服务。用户专属的运控中心将安排该用户的所有地面站终端的任务的执行。
同样对于属于同一用户的地面站终端A(A站)和地面站B(B站)，如果A站希望在A站和B站之间进行密钥分发，那么A站向用户专属的运控中心发起任务申请；用户专属的运控中心根据A站的任务申请向卫星发送任务请求，卫星收到任务请求后根据卫星和地面站的使用情况安排通信的时间，并形成指令包下发给用户专属的运控中心。用户专属的运控中心再将该指令包下发给A站和B站。
A站和B站在接收到卫星下发的指令包之后，根据指令包中的工作时间、工作参数与卫星开展量子密钥分发任务，从而在A站和B站生成对称的量子密钥，使得A站和B站能够采用这种量子密钥进行通信。
由此可见，在用户专属独立运控模式下，地面站终端可以被配置成只具有量子成码、任务发起和监视的功能，而卫星提供的星历和任务反馈数据等数据接收、指令生成、测控上传等功能均配置为用户专属的运控中心所拥有，即，同一用户的多个地面站终端通过用户专属的运控中心进行任务管理和运控并上注卫星，该用户的所有任务信息都将集中在用户专属的运控中心。
在这种模式下，星历和任务反馈数据由卫星向用户专属的运控中心发送，地面终端不掌握卫星星历，同一用户的各个地面站终端可能获得本用户的各个地面站终端的位置、任务安排信息，但是其他用户无法获得本用户的相关任务信息，同时本用户也无法获得其他用户的相关任务信息，可以实现用户间信息的完全隔离。
在本发明的方法中，这种用户专属独立运控模式优选适用于对任务信息和终端保密要求较高的用户，例如划分为党政平面的用户。
在集中隔离运控中，每个用户可以配置有多个地面站终端，且多个用户(作为示例，这些用户可以具有相同的安全等级要求)配置有公共的运控中心，即运控中心可能为多个用户的地面站终端提供服务，这是与用户专属独立运控模式相比的区别所在，即，公共运控中心将安排多个用户的所有地面站终端的任务的执行。
在工作中，地面站终端向公共运控中心提交任务申请，公共运控中心形成指令发送给卫星和地面站终端，卫星和地面站终端完成任务后反馈给运控中心。
在本模式中，多个用户的任务信息、地面站终端位置信息均存储在公共运控中心，由公共运控中心采用信息隔离措施保证各用户的任务信息不互相公开。
在本发明的方法中，还可以在卫星中预设策略以便在工作任务出现冲突时协调采用不同运控模式，从而进行任务协调。例如，当卫星同时收到来自军用平面的地面站终端发送的任务请求和来自商用平面的公共运控中心发送的任务请求时，卫星可以根据预设策略采用分布式独立运控模式，优选在该运控模式下执行来自军用平面的地面站终端所提出的任务请求。
在本发明的方法中，为了有效实现用户间信息的隔离，还可以包括量子密钥生成隔离步骤。
如图2所示，量子密钥的生成主要由发送端和接收端组成，它们在通信通道的双侧物理上是分离的。发送端主要包括随机数发生器、信号源、编码单元以及流程控制、数据采集、数据处理的电子逻辑单元；接收端主要包括随机数发生器、解码单元、信号检测器以及流程控制、数据采集、数据处理的电子逻辑单元。在星地量子密钥***中，发送端和接收端分置于地面和空间(卫星上)。
在该隔离步骤中，当星地量子密钥***接入多个用户时，可以从信道、随机数发生与调制这两个方面实现隔离。
1、多模式随机数发生与调制
在卫星上配置形成多种模式的随机数发生器和调制方式，例如对于特定用户采用定制的随机数发生器或调制方式，从而使得其他用户不能掌握本用户工作采用的随机数源和调制方式，以使得量子信道和协商信道的安全受到进一步的保护。
2、信道隔离
信道主要包括量子信道和协商信道。为了实现信道隔离，对于量子信道，可以针对特定用户采用定制的重复频率或随机选择重复频率；对于协商信道，可以针对特定用户配置不同的激光通信信道或微波通信信道。作为优选示例，对商用平面用户可以采用微波通信信道，对高保密等级的用户(例如军用平面用户)可以采用激光信道。
在本发明的方法中，为了有效实现用户间信息的隔离，还可以包括量子密钥存储和应用隔离步骤。
在该步骤中，可以进行卫星存储隔离操作，即：在量子密钥生成后，在卫星上将不同用户的量子密钥隔离存储于不同的存储器或存储区中，以进一步避免各用户的混取。或者可以进行地面站输出隔离操作，即：生成的量子密钥不直接输出用户，而是经过算法处理后输出，输出处理算法和输出接口可针对每个用户进行定制，不具通用性，由此提高用户密钥应用安全性，确保密钥安全。
上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，且在不发生矛盾的情况下，上述各种替换方式可以相互组合使用。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种星地量子密钥网络用户间信息隔离方法，其包括以下步骤：
将多个用户划分为不同的管理平面；
根据所述管理平面，为所述用户配置分布式独立运控模式、用户专属独立运控模式和集中隔离运控模式中的一种，其中，
在所述分布式独立运控模式中，为所述用户配置一个或多个地面站终端，但不配置运控中心；
在所述用户专属独立运控模式中，为所述用户配置一个或多个所述地面站终端，以及用户专属的运控中心，所述用户专属的运控中心仅为属于所述用户的所述地面站终端提供服务；以及
在所述集中隔离运控模式中，为所述用户配置一个或多个所述地面站终端，且为多个所述用户配置公共运控中心，所述公共运控中心为属于所述多个用户的所述地面站终端提供服务；
其中，在所述分布式独立运控模式中，所述地面站终端被配置成具有量子成码、数据接收、任务发起和监视、指令生成、测控上传的功能，所述数据接收包括接收卫星提供的星历和任务反馈数据。
2.如权利要求1所述的方法，其中，在所述分布式独立运控模式中，所述地面站终端被配置成独立编制任务指令，以及直接向所述卫星发送任务安排、所述地面站终端的位置信息和开机时间信息、以及任务内容信息；并且，所述卫星被配置成独立地向与任务相关的所述地面站终端直接发送所述星历和所述任务反馈数据。
3.如权利要求1所述的方法，其中，在所述用户专属独立运控模式中，所述地面站终端被配置成具有量子成码、任务发起和监视的功能，所述用户专属的运控中心被配置成具有数据接收、指令生成、测控上传的功能，所述数据接收包括接收卫星提供的星历和任务反馈数据，属于所述用户的全部所述地面站终端由属于所述用户的所述用户专属的运控中心进行任务管理和运控。
4.如权利要求1所述的方法，其中，在所述集中隔离运控模式中，所述地面站终端被配置成具有量子成码、任务发起和监视的功能，所述公共运控中心被配置成具有数据接收、指令生成、测控上传的功能，所述数据接收包括接收卫星提供的星历和任务反馈数据，属于所述多个用户的全部所述地面站终端由所述公共运控中心进行任务管理和运控；并且，在所述公共运控中心内，所述用户彼此之间信息隔离。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，在卫星中预设策略以在工作任务出现冲突时协调采用所述分布式独立运控模式、所述用户专属独立运控模式和所述集中隔离运控模式中的一种。
6.如权利要求1所述的方法，其中，在卫星上配置形成多种模式的随机数发生器和/或调制方式，以为所述用户配置不同的所述随机数发生器和/或所述调制方式。
7.如权利要求1所述的方法，其中，为所述用户的量子信道采用不同或者随机的重复频率；并且/或者为所述用户的协商信道配置不同的激光或微波通信信道。
8.如权利要求1所述的方法，其中，将不同用户的量子密钥存储在卫星上不同的存储器或存储区域；并且/或者，对于不同用户的量子密钥，在所述地面站终端处用不同算法处理后输出。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述管理平面的划分依据所述用户的业务安全保密等级。
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