[go: up one dir, main page]

RU2752844C1 - Key generation and distribution system and method for distributed key generation using quantum key distribution (options) - Google Patents

Key generation and distribution system and method for distributed key generation using quantum key distribution (options) Download PDF

Info

Publication number
RU2752844C1
RU2752844C1 RU2020140774A RU2020140774A RU2752844C1 RU 2752844 C1 RU2752844 C1 RU 2752844C1 RU 2020140774 A RU2020140774 A RU 2020140774A RU 2020140774 A RU2020140774 A RU 2020140774A RU 2752844 C1 RU2752844 C1 RU 2752844C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
quantum
user
keys
key
generating
Prior art date
Application number
RU2020140774A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Евгеньевич Жиляев
Original Assignee
Акционерное Общество "Информационные Технологии И Коммуникационные Системы"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное Общество "Информационные Технологии И Коммуникационные Системы" filed Critical Акционерное Общество "Информационные Технологии И Коммуникационные Системы"
Priority to RU2020140774A priority Critical patent/RU2752844C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2752844C1 publication Critical patent/RU2752844C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0816Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
    • H04L9/0852Quantum cryptography
    • H04L9/0855Quantum cryptography involving additional nodes, e.g. quantum relays, repeaters, intermediate nodes or remote nodes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

FIELD: information protection.
SUBSTANCE: invention relates to key generation systems using quantum key distribution (hereinafter – QKD) technology for cryptographic information protection tools. A classic user key is generated in the first and last node of the QKD network of the reserved quantum route in the modules for generating user keys using preliminary keys according to the selected order of generating the classical user key. In the modules for generating user keys of the first and last nodes of the QKD network of the reserved quantum route, a user key is generated using the quantum user key and the classical user key according to the selected order of combining the quantum user key and the classical user key. The generated user key is transmitted from the module for generating user keys of the first and last nodes of the QKD network of the reserved quantum route to the modules for managing user keys of the first and last nodes of the QKD network of the reserved quantum route. The received user key is stored in the user key storage of the module for managing user keys of the QKD network node. The user key is transmitted from the user key storage of the module for managing user keys of the QKD network node to the user’s encoder that requested the user key.
EFFECT: technical result is an increase in the fault tolerance of the system due to the decentralized processing of user key requests and the calculation of quantum routes.
10 cl, 2 tbl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates

Предлагаемое изобретение относится к области криптографической защиты информации, и, в частности, к системам генерации ключей с использованием технологии квантового распределения ключей (КРК) для криптографических средств защиты информации.The proposed invention relates to the field of cryptographic information security, and, in particular, to systems for generating keys using quantum key distribution (QKD) technology for cryptographic information security tools.

Уровень техникиState of the art

Технология КРК позволяет получить идентичные ключи одновременно на двух устройствах, соединенных квантовым каналом. При этом для любого известного протокола КРК существует предельная длина квантового канала, то есть предельное удаление друг от друга двух устройств, между которыми вырабатывается квантовый ключ. Для увеличения предельной длины между двумя устройствами, на которых необходимо получить идентичный ключ, применяется подход на основе построения сетей КРК с доверенными узлами. Такие узлы последовательно соединяются квантовыми каналами, используемыми для генерации или передачи ключа между крайними устройствами.QKD technology allows obtaining identical keys simultaneously on two devices connected by a quantum channel. Moreover, for any known QKD protocol, there is a limiting quantum channel length, that is, a limiting distance from each other of two devices between which a quantum key is generated. To increase the maximum length between two devices on which it is necessary to obtain an identical key, an approach is used based on the construction of QKD networks with trusted nodes. Such nodes are connected in series by quantum channels used to generate or transmit a key between edge devices.

Известна система КРК, способ и устройство на основе доверенных передатчиков (патент США №10348493, приоритет от 06.01.2016 г.). Система состоит из нескольких маршрутизирующих устройств, используемых для передачи ключей, устройства КРК, соединенного с маршрутизирующими устройствами и настроенного для построения двух или более маршрутов до другого устройства КРК с целью согласования квантового ключа и получения общего ключа. Два и более различных маршрутов между устройствами КРК могут включать одно или более маршрутизирующих устройств. Устройства КРК системы также могут объединять согласованные квантовые ключи, полученные с различных маршрутов для создания нового общего ключа. Устройства КРК системы также могут рассылать информацию о выбранном маршруте на устройства маршрутизации до начала процесса согласования квантовых ключей. Система также может иметь устройства квантового шлюза, через которые устройства КРК соединяются с устройствами передачи данных. Устройства квантового шлюза могут зашифровывать и расшифровывать данные от устройств передачи данных на квантовых ключах, полученных от устройств КРК.The known QKD system, method and device based on trusted transmitters (US patent No. 10348493, priority from 06/01/2016). The system consists of several routing devices used to transmit keys, a QKD device connected to the routing devices and configured to build two or more routes to another QKD device in order to negotiate a quantum key and obtain a shared key. Two or more different routes between QKD devices can include one or more routing devices. Devices of the QKD system can also combine agreed quantum keys obtained from different routes to create a new shared key. The QKD devices of the system can also send information about the selected route to the routing devices prior to the start of the quantum key negotiation process. The system can also have quantum gateway devices through which QKD devices are connected to data transmission devices. Quantum gateway devices can encrypt and decrypt data from data transmission devices using quantum keys received from QKD devices.

В данной системе реализуется способ КРК, состоящий из выбора двух или более маршрутов между двумя устройствами квантового распределения ключей. Каждый маршрут включает одно или более устройств маршрутизации. После выбора маршрута осуществляется согласование квантовых ключей на выбранных маршрутах.In this system, the QKD method is implemented, which consists of choosing two or more routes between two quantum key distribution devices. Each route includes one or more routing devices. After choosing a route, the quantum keys are negotiated on the selected routes.

Известные система, устройство и способ имеют ряд недостатков.The known system, device and method have several disadvantages.

Так, используется строгое разделение устройств на два типа, что не позволяет использовать устройства КРК в качестве промежуточных устройств выбранного маршрута.Thus, a strict division of devices into two types is used, which does not allow the use of QKD devices as intermediate devices of the selected route.

Для организации сетей КРК, в которых предполагается множество устройств передачи данных, в известной системе могут возникать участки с избыточным набором устройств. Быстродействие и отказоустойчивость системы зависят от числа маршрутизирующих устройств и связей между ними. При этом система не предполагает использование устройств КРК в качестве маршрутизирующих устройств. В связи с этим может возникнуть ситуация, при которой в одной определенной точке сети (маршрута) потребуется размещать устройства обоих типов с дублированием квантовых каналов. Такая ситуация возникает, если в некотором месте сети необходимо подключать потребителей к устройству КРК, и это же место сети оптимально для построения через него маршрутов, т.е. оптимально для размещения маршрутизирующего устройства.For the organization of QKD networks, in which many data transmission devices are assumed, in the known system, areas with a redundant set of devices may appear. System performance and resiliency depend on the number of routing devices and the connections between them. At the same time, the system does not imply the use of QKD devices as routing devices. In this regard, a situation may arise in which at one specific point in the network (route) it will be necessary to place devices of both types with duplication of quantum channels. This situation arises if at a certain place in the network it is necessary to connect consumers to the QKD device, and the same place in the network is optimal for building routes through it, i.e. optimal for the placement of the routing device.

Также данная система использует только согласование квантовых ключей при выработке общего ключа, вследствие чего стойкость общего ключа основывается только на стойкости способов выработки квантовых ключей. Более того, стойкость итогового ключа, полученного объединением квантовых ключей с нескольких маршрутов, при пересечении этих маршрутов не превышает стойкости ключа с одного из маршрутов, т.е. использование нескольких пересекающихся маршрутов излишне.Also, this system uses only the agreement of quantum keys when generating a common key, as a result of which the strength of the common key is based only on the strength of the methods for generating quantum keys. Moreover, the strength of the final key obtained by combining quantum keys from several routes when these routes intersect does not exceed the strength of the key from one of the routes, i.e. using multiple overlapping routes is unnecessary.

Также в данной системе отсутствует хранилище ключей как квантовых, так и общих. Частота запросов общего ключа может меняться с течением времени и существенно превышать возможности системы по генерации общих ключей в периоды пиковой нагрузки, что приведет к длительному ожиданию новых общих ключей.Also, this system lacks a key store, both quantum and general. The pre-shared key request rate can change over time and can significantly exceed the system's ability to generate pre-shared keys during peak periods, resulting in long waiting times for new pre-shared keys.

Известна централизованная сеть мониторинга и управления и способ передачи квантового ключа в сети (заявка США №20190260581, приоритет от 03.05.2019 г.).A centralized monitoring and control network and a method for transmitting a quantum key in a network are known (US application No. 20190260581, priority dated 03/05/2019).

Централизованная сеть содержитThe centralized network contains

• централизованный контроллер,• centralized controller,

• N узлов обслуживания, сконфигурированных для обеспечения связи друг с другом,• N service nodes configured to communicate with each other,

• М ключевых узлов, сконфигурированных для предоставления квантовых ключей N узлам обслуживания,• M key nodes configured to provide quantum keys to N serving nodes,

при этомwherein

• каждый из N узлов обслуживания соответствует одному из М ключевых узлов, и как N, так и М являются целыми числами, большими или равными 2.• each of the N serving nodes corresponds to one of the M key nodes, and both N and M are integers greater than or equal to 2.

Централизованный контроллер содержитThe centralized controller contains

• процессор,• processor,

• блок памяти, сконфигурированный для хранения программ и команд,• a memory block configured to store programs and commands,

• приемопередатчик.• transceiver.

Каждый ключевой узел содержитEach key node contains

• приемопередатчик,• transceiver,

• хранилище ключей, сконфигурированное для хранения квантовых ключей,• a key store configured to store quantum keys,

• процессор ретрансляции ключей.• key relay processor.

Приемопередатчик сконфигурирован с возможностьюThe transceiver is configured with the ability

• сообщения информации о топологии ключевого узла централизованному контроллеру,• reporting information about the topology of the key node to the centralized controller,

• приема команды ретрансляции ключа, доставляемой централизованным контроллером.• receiving the key relay command delivered by the centralized controller.

Процессор ретрансляции ключей выполнен с возможностью выполнения квантовой ретрансляции ключей на основе команды ретрансляции ключей, доставленной централизованным контроллером.The key relay processor is configured to perform quantum key relay based on the key relay command delivered by the centralized controller.

Способ заключается в том, чтоThe way is that

• получают централизованным контроллером централизованной сети управления и контроля Z запросов на обслуживание, каждый из которых запрашивает передачу услуги, которая должна быть выполнена между двумя узлами обслуживания, где Z является целым числом, большим или равным 1;• receive, by the centralized controller of the centralized management and control network, Z requests for service, each of which requests the transfer of a service to be performed between two service nodes, where Z is an integer greater than or equal to 1;

• определяют централизованным контроллером на основе каждого из Z запросов на обслуживание, исходный узел обслуживания и целевой узел обслуживания, соответствующие каждому запросу на обслуживания, и параметр потребления квантового ключа соответствующего запроса на обслуживания, при этом исходный узел обслуживания соответствует исходному ключевому узлу в М ключевых узлах, а целевой узел обслуживания соответствует целевому ключевому узлу в М ключевых узлах;• determine by the centralized controller, based on each of Z service requests, the source service node and the target service node corresponding to each service request, and the quantum key consumption parameter of the corresponding service request, while the source service node corresponds to the source key node in M key nodes , and the target serving node corresponds to the target key node in M key nodes;

• определяют централизованным контроллером команды ретрансляции ключей, соответствующие запросам на обслуживание G в запросах на обслуживание Z, на основе• the centralized controller determines the key relay commands corresponding to service requests G in service requests Z, based on

Figure 00000001
идентификатора исходного узла обслуживания и идентификатора целевого узла обслуживания, соответствующего каждому из Z запросов на обслуживание,
Figure 00000001
the source service node identifier and the target service node identifier corresponding to each of the Z service requests,

Figure 00000001
параметра потребления квантового ключа каждого из Z запросов на обслуживание, и
Figure 00000001
the quantum key consumption parameter of each of the Z service requests, and

Figure 00000001
топологической информации М ключевых узлов в централизованной сети управления и контроля, где G является целым числом, меньшим или равным Z и большим или равным 1, и при этом каждая команда ретрансляции ключа задает путь для ретрансляции квантового ключа между исходным ключевым узлом и целевому ключевому узлом соответствующего запроса на обслуживание;
Figure 00000001
topological information of M key nodes in a centralized command and control network, where G is an integer less than or equal to Z and greater than or equal to 1, and each key relay command specifies a path for relaying a quantum key between the source key node and the target key node of the corresponding service request;

• доставляют централизованным контроллером команды ретрансляции ключей, соответствующие запросам на обслуживание G, в ключевые узлы, соответствующие командам ретрансляции ключей, так что ключевые узлы выполняют ретрансляцию квантовых ключей на основе команд ретрансляции ключей, чтобы генерировать соответствующие совместно используемые квантовые ключи между соответствующим исходным узлом обслуживания и целевыми ключевыми узлами. Топологическая информация М ключевых узлов в централизованной сети управления и контроля может содержать:• the centralized controller delivers the key relay commands corresponding to the service requests G to the key nodes corresponding to the key relay commands, so that the key nodes perform the relay quantum keys based on the key relay commands to generate the corresponding shared quantum keys between the corresponding originating service node and target key nodes. Topological information of M key nodes in a centralized command and control network may contain:

• идентификатор каждого ключевого узла,• identifier of each key node,

• состояние квантовой линии связи между каждым ключевым узлом и одним или несколькими другими ключевыми узлами, и• the state of the quantum link between each key node and one or more other key nodes, and

• вес ребра, соединяющего два соседних ключевых узла, на каждом пути от исходного ключевого узла до ключевого узла назначения соответствующего запроса на обслуживание.• the weight of an edge connecting two adjacent key nodes on each path from the source key node to the destination key node of the corresponding service request.

Известные способ и устройство имеют ряд недостатков.The known method and device have several disadvantages.

Так, централизованный контроллер является точкой отказа всей сети и узким местом в вычислении инструкций по передаче ключа при наличии большого числа сервисных запросов.Thus, the centralized controller is the point of failure of the entire network and the bottleneck in the calculation of instructions for transferring the key in the presence of a large number of service requests.

Наличие единственное ключевое хранилище в каждом ключевом узле, при получении злоумышленником доступа к нему, может привести к компрометации как квантовых ключей, используемых для защиты при передаче ключей согласно инструкциям централизованного контроллера, так и квантовых ключей, переданных согласно инструкции.The presence of a single key store in each key node, when an attacker gains access to it, can lead to the compromise of both quantum keys used to protect the transfer of keys according to the instructions of the centralized controller, and quantum keys transferred according to the instructions.

Ретрансляция ключей в способе предполагает передачу одного выработанного квантового ключа на целевой ключевой узел. Таким образом, стойкость итогового квантового ключа основывается только на стойкости протокола КРК, причем о самом квантовом ключе у злоумышленника имеется некоторая, пусть малая, информация, полученная во время выполнения протокола КРК.Key relaying in the method involves the transmission of one generated quantum key to the target key node. Thus, the strength of the final quantum key is based only on the strength of the QKD protocol, and the attacker has some, albeit small, information about the quantum key itself, obtained during the QKD protocol execution.

Обработка запросов на обслуживание производится в централизованном контроллере, что не позволит одновременно обрабатывать запросы, поступившие на разные узлы сети, а потребует ожидать каждому запросу своей очереди в централизованном контролере.Service requests are processed in a centralized controller, which will not allow simultaneous processing of requests received at different network nodes, but will require each request to wait for its own queue in a centralized controller.

Известные способ и устройство выбраны в качестве прототипа для первого варианта системы и способа.The known method and device are selected as a prototype for the first version of the system and method.

Для расширения возможностей систем с КРК применяются оптические коммутаторы, позволяющие оптимизировать использование квантовых линий связи при построении систем.To expand the capabilities of systems with QKD, optical switches are used to optimize the use of quantum communication lines in the construction of systems.

Так, известна квантовая коммуникационная сеть (заявка США №2019/03794636, приоритет от 06.06.2019 г.), состоящая из узлов сети, каждый из которых оснащается оптическим коммутатором, имеющим n входов и m выходов, причем каждый узел сети содержит как устройство с источником одиночных фотонов, так и устройство с приемников одиночных фотонов. В этой коммуникационной сети реализуется способ управлений сетью, заключающийся в соединении с помощью оптических коммутаторов двух узлов сети квантовыми линиями связи, в том числе проходящие транзитом через другие узлы сети.For example, a quantum communication network is known (US application No. 2019/03794636, priority dated 06.06.2019), consisting of network nodes, each of which is equipped with an optical switch having n inputs and m outputs, and each network node contains both a device with source of single photons, and a device with receivers of single photons. In this communication network, a method of network management is implemented, which consists in connecting two network nodes using optical switches with quantum communication lines, including those passing through other network nodes.

Известные способ и сеть имеют ряд недостатков.The known method and network have several disadvantages.

Каждый узел сети имеет избыточное оборудование для обеспечения возможности подключения любого узла к любому - в каждом узле имеется как источник одиночных фотонов, так и приемник. Размещение только одного из устройств с незначительным усложнением работы коммутаторов позволит снизить стоимость одного узла.Each node in the network has redundant equipment to ensure the ability to connect any node to any - each node has both a single photon source and a receiver. Placing only one of the devices with a slight increase in the complexity of the switches will reduce the cost per node.

Узлы сети с обоих концов квантового канала имеют оптический коммутатор. Согласованная работа двух коммутаторов без единого центра управления является нетривиальной задачей. Два коммутатора должны переключиться в корректное положение для соединения двух узлов сети и при этом не разрывать полученную квантовую линию из-за попыток организовать другие квантовые линии через эти коммутаторы или попыток начать выработку квантового ключа с одним из этих двух узлов. С учетом возможности организации транзитных квантовых линий количество коммутаторов, которые должны работать согласованно и не прерывать квантовую линию связи во время выработки квантовых ключей, увеличивается.The network nodes at both ends of the quantum channel have an optical switch. Coordinated operation of two switches without a single control center is not a trivial task. Two switches must switch to the correct position to connect two network nodes and at the same time not break the resulting quantum line due to attempts to organize other quantum lines through these switches or attempts to start generating a quantum key with one of these two nodes. Taking into account the possibility of organizing transit quantum lines, the number of switches that must work consistently and not interrupt the quantum communication line during the generation of quantum keys increases.

Предлагаемая сеть позволяет соединить множество пар узлов одновременно, но при этом сохраняется проблема максимальной длины квантового канала, т.е. сохраняется принципиальная проблема максимальной удаленности узлов сети, между которыми возможно выработать квантовый ключ. Способ не позволяет выработать общий ключ между узлами, расстояние между которыми превышает максимальную длину квантового канала.The proposed network makes it possible to connect many pairs of nodes at the same time, but at the same time the problem of the maximum length of the quantum channel remains, i.e. the fundamental problem of the maximum distance between network nodes, between which it is possible to generate a quantum key, remains. The method does not allow generating a common key between nodes, the distance between which exceeds the maximum length of the quantum channel.

Также известна защищенная система связи и способ управления каналом (патент США №8041039, приоритет от 19.04.2007 г.), содержащая центральный узел и множество удаленных узлов, соединенных с центральным квантовыми линиями связи через оптический коммутатор и каналами передачи данных через другой оптический коммутатор.Also known is a secure communication system and a channel control method (US patent No. 8041039, priority dated April 19, 2007), comprising a central node and a plurality of remote nodes connected to the central quantum communication lines through an optical switch and data transmission channels through another optical switch.

Защищенная система связи содержитThe secure communication system contains

• центральный узел;• central hub;

• множество удаленных узлов, каждый из которых соединен с центральным узлом через оптическую линию передачи;• many remote nodes, each of which is connected to the central node via an optical transmission line;

причем множество каналов установлено между центральным узлом и каждым удаленным узлом;moreover, a plurality of channels are installed between the central site and each remote site;

при этом множество каналов включает в себяwhile the set of channels includes

• первый канал, используемый для передачи квантового сигнала,• the first channel used to transmit a quantum signal,

• второй канал, используемый для передачи данных,• the second channel used for data transmission,

• причем центральный узел содержит• where the central node contains

Figure 00000002
первый коммутатор для переключения первого канала для соединения с выбранным одним из удаленных узлов;
Figure 00000002
a first switch for switching the first channel to connect to a selected one of the remote nodes;

Figure 00000003
второй коммутатор для переключения второго канала для соединения с выбранным одним из удаленных узлов;
Figure 00000003
a second switch for switching a second channel to connect to a selected one of the remote nodes;

Figure 00000004
контроллер для независимого управления первым коммутатором и вторым коммутатором таким образом, что они соединены с различными удаленными узлами, выбранными из множества удаленных узлов, для осуществления
Figure 00000004
a controller for independently controlling the first switch and the second switch so that they are connected to different remote sites, selected from a plurality of remote sites, to implement

Figure 00000005
передачи квантового сигнала,
Figure 00000005
transmission of a quantum signal,

Figure 00000006
формирования общего случайного числа через второй канал на основе данных, полученных путем обнаружения квантового сигнала через первый канал и/или криптографической связи с использованием криптографического ключа, извлеченного из общего случайного числа.
Figure 00000006
generating a common random number through the second channel based on data obtained by detecting a quantum signal through the first channel and / or cryptographic communication using a cryptographic key derived from the common random number.

Используется способ управления каналом для защищенного устройства связи, соединенного с каждым из множества удаленных узлов через оптическую линию передачи,A channel control method is used for a secure communication device connected to each of a plurality of remote nodes via an optical transmission line,

причем множество каналов устанавливается с каждым удаленным узлом, при этом множество каналов включает в себяmoreover, a plurality of channels are established with each remote node, while the plurality of channels includes

• первый канал, используемый для передачи квантового сигнала, и• the first channel used to transmit a quantum signal, and

• второй канал, используемый для передачи данных, причем защищенное устройство связи включает в себя:• the second channel used for data transmission, and the secure communication device includes:

• первый переключатель для переключения первого канала для соединения с выбранным одним из удаленных узлов и• the first switch to switch the first channel to connect to the selected one of the remote nodes, and

• второй переключатель для переключения второго канала для соединения с выбранным одним из удаленных узлов, причем способ управления каналом содержит:• the second switch for switching the second channel for connection with the selected one of the remote nodes, and the channel control method contains:

• независимо управляют первым коммутатором и вторым коммутатором так, что они соединяются с различными удаленными узлами, выбранными из множества удаленных узлов• independently manage the first switch and the second switch so that they connect to different remote sites selected from a set of remote sites

Figure 00000001
для выполнения передачи квантового сигнала,
Figure 00000001
to perform transmission of a quantum signal,

Figure 00000007
для формирования общего случайного числа через второй канал на основе данных, полученных путем обнаружения квантового сигнала через первый канал и/или {из канала} криптографической связи с использованием криптографического ключа, извлеченного из общего случайного числа. В способе реализуется синхронное включение канала передачи данных и квантовой линии связи. Переключение каналов производится в зависимости от скорости выработки квантовых ключей на каждой линии.
Figure 00000007
to generate a common random number through the second channel based on data obtained by detecting a quantum signal through the first channel and / or {from a cryptographic communication channel} using a cryptographic key derived from the common random number. The method implements the synchronous activation of the data transmission channel and the quantum communication line. Channel switching is performed depending on the rate of generation of quantum keys on each line.

Также в способе предлагается вырабатывать общий ключ для всех узлов в сети путем передачи одного квантового ключа из центрального узла на все удаленные узлы с защитой передачи с помощью шифрования типа одноразового шифр-блокнота.Also, the method proposes to generate a common key for all nodes in the network by transferring one quantum key from the central node to all remote nodes with transmission protection using encryption such as a one-time cipher pad.

Известные система и способ приняты за прототипы для второго варианта системы и способа.The known system and method are taken as prototypes for the second version of the system and method.

Однако известная система и способ имеют следующие недостатки.However, the known system and method have the following disadvantages.

Применение двух независимых коммутаторов для коммутации квантового сигнала и передаваемых данных совместно с применением одного физического канала к каждому узлу (оптоволокна) создает повышенный риск ошибок при коммутации и передачи, более того, передача квантового сигнала требует темного волокна, т.е. необходимо прерывать передачу данных при передаче квантового сигнала в том же оптоволокне.The use of two independent switches for switching a quantum signal and transmitted data together with the application of one physical channel to each node (optical fiber) creates an increased risk of errors in switching and transmission; moreover, the transmission of a quantum signal requires dark fiber, i.e. it is necessary to interrupt data transmission when transmitting a quantum signal in the same fiber.

Также не решается проблема максимальной длины квантового канала. Максимальное расстояние между центральным и удаленным узлом не превышает длину квантового канала, расстояние между двумя удаленными узлами не превышает двух максимальных длин квантового канала, а генерация ключа строго между парой удаленных узлов оказывается невозможной.Also, the problem of the maximum length of the quantum channel is not solved. The maximum distance between the central and remote sites does not exceed the length of the quantum channel, the distance between two remote sites does not exceed two maximum lengths of the quantum channel, and key generation strictly between a pair of remote sites turns out to be impossible.

Создание единого ключа для взаимодействия всех узлов является спорным с точки зрения безопасности, так как позволяет получить доступ третьему узлу к информации, передаваемой между двумя узлами.The creation of a single key for the interaction of all nodes is controversial from a security point of view, since it allows a third node to gain access to the information transmitted between two nodes.

Управление переключением каналов не оптимально и не учитывает потребности в квантовых ключах между удаленным и центральным узлом.Channel hopping control is not optimal and does not account for the need for quantum keys between the remote and central site.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Техническим результатом являетсяThe technical result is

1) повышение отказоустойчивости системы за счет децентрализованной обработки запросов пользовательских ключей и расчета квантовых маршрутов,1) increasing the fault tolerance of the system due to the decentralized processing of requests for user keys and the calculation of quantum routes,

2) повышение защищенности системы за счет двух независимых ключевых хранилищ на каждом узле,2) increasing the security of the system due to two independent key storages at each node,

3) повышение быстродействия за счет параллельной обработки запросов пользовательских ключей,3) improving performance due to parallel processing of requests for custom keys,

4) повышение стойкости пользовательских ключей за счет объединения квантового пользовательского ключа и классического пользовательского ключа,4) increasing the strength of user keys by combining a quantum user key and a classic user key,

5) устранение ограничений на максимальную удаленность двух узлов системы, между которыми вырабатывается общий ключ.5) elimination of restrictions on the maximum distance of two system nodes, between which a common key is generated.

Для этого предлагается, согласно первому варианту, система выработки и распределения ключей, включающаяFor this, according to the first option, a system for generating and distributing keys is proposed, including

• множество узлов сети выработки и квантового распределения ключей (узлы сети КРК), причем• a set of network nodes for the generation and quantum distribution of keys (nodes of the QKD network), and

Figure 00000008
узлы сети КРК соединены квантовыми линиями связи так, что граф, отображающий связи квантовыми линиями, является связным;
Figure 00000008
the nodes of the QKD network are connected by quantum communication lines so that the graph displaying the connections by quantum lines is connected;

Figure 00000009
узлы сети КРК соединены классической линией связи с цифровой сетью передачи данных; причем к каждому узлу сети КРК присоединено, по крайней мере, две квантовые линии связи;
Figure 00000009
KKK network nodes are connected by a classical communication line with a digital data transmission network; moreover, at least two quantum communication lines are connected to each node of the QKD network;

при этом каждый узел сети КРК, включаетat the same time, each node of the QKD network includes

• модуль выработки пользовательских ключей,• module for generating custom keys,

• модуль управления пользовательскими ключами,• module for managing user keys,

• по крайней мере, два модуля выработки квантовых ключей; причем• at least two modules for generating quantum keys; moreover

• каждый модуль выработки квантовых ключей связан с модулем выработки пользовательских ключей локальной цифровой линией передачи данных;• each module for generating quantum keys is connected to the module for generating user keys by a local digital data transmission line;

• модуль выработки пользовательских ключей соединен с модулем управления пользовательскими ключами локальной цифровой линией передачи данных;• the module for generating user keys is connected to the module for managing user keys by a local digital data transmission line;

при этом каждый модуль выработки квантовых ключей выполнен с возможностьюin this case, each module for generating quantum keys is configured to

• вырабатывать квантовые ключи совместно с другим модулем выработки квантовых ключей, соединенным с данным квантовой линией связи;• generate quantum keys together with another module for generating quantum keys connected to this quantum communication line;

• генерировать случайные числа;• generate random numbers;

• получать запросы на выработку квантового ключа от модуля выработки пользовательских ключей;• receive requests for generating a quantum key from the user key generation module;

• передавать вырабатываемые квантовые ключи в модули выработки пользовательских ключей;• transfer the generated quantum keys to the modules for generating user keys;

• передавать/получать служебные данные протокола КРК от модуля выработки пользовательских ключей;• transmit / receive service data of the QKD protocol from the module for generating user keys;

при этом модуль выработки пользовательских ключей выполнен с возможностьюin this case, the module for generating user keys is configured to

• создавать запросы на выработку квантового ключа в модули выработки квантовых ключей;• create requests for generating a quantum key to the modules for generating quantum keys;

• получать квантовые ключи от модулей выработки квантовых ключей согласно переданным запросам;• receive quantum keys from the modules for generating quantum keys according to the transmitted requests;

• хранить квантовые ключи в хранилище квантовых ключей;• store quantum keys in a quantum key store;

• зашифровывать данные;• encrypt data;

• расшифровывать данные;• decrypt data;

• аутентифицировать данные;• authenticate data;

• проверять аутентификацию данных;• check data authentication;

• определять топологию сети КРК;• determine the topology of the QKD network;

• определять квантовый маршрут для выработки пользовательских ключей;• define a quantum route for generating user keys;

• вырабатывать пользовательские ключи совместно с модулями выработки пользовательских ключей других узлов сети КРК на квантовом маршруте;• generate user keys together with modules for generating user keys of other nodes of the QKD network on the quantum route;

• получать запросы на выработку пользовательских ключей от модулей управления пользовательскими ключами;• receive requests to generate custom keys from custom key management modules;

• передавать пользовательские ключи в модули управления пользовательскими ключами;• transfer custom keys to custom key management modules;

при этом модуль управления пользовательскими ключами выполнен с возможностьюwhile the user key management module is configured to

• подключать шифраторы пользователей с помощью цифровой сети передачи данных;• connect user encryptors using a digital data transmission network;

• хранить пользовательские ключи в хранилище пользовательских ключей;• store user keys in the user key store;

• определять совместно с модулями управления пользовательскими ключами других узлов сети КРК соответствие узла сети КРК и подключенных к ним шифраторов пользователей;• determine, together with the modules for managing user keys of other nodes of the QKD network, the correspondence of the QKD network node and the user encoders connected to them;

• формировать общую базу данных подключенных шифраторов пользователей, содержащую соответствие узлов сети КРК и подключенных к ним шифраторов пользователей;• form a common database of connected user encryptors, containing the correspondence between the QKD network nodes and the connected user encryptors;

• формировать запросы на выработку пользовательского ключа в модули выработки пользовательских ключей;• generate requests for generating a user key into the modules for generating user keys;

• получать пользовательские ключи от модулей выработки пользовательских ключей согласно переданным запросам.• receive custom keys from custom key generation modules according to the transmitted requests.

Для работы системы предлагается способ выработки и распределения пользовательских ключей в системе заключающийся в том, чтоFor the operation of the system, a method is proposed for generating and distributing user keys in the system, which consists in the following:

• выбирают порядок выработки квантового пользовательского ключа;• select the order of generating the quantum user key;

• выбирают порядок выработки классического пользовательского ключа;• choose the order of generation of the classic user key;

• выбирают порядок объединения квантового пользовательского ключа и классического пользовательского ключа;• choose the order of combining the quantum user key and the classical user key;

• загружают предварительные ключи в модули выработки пользовательских ключей узлов сети КРК, причем в каждый модуль выработки пользовательских ключей загружается N-1 ключ, где N - число узлов сети КРК;• pre-keys are loaded into the modules for generating user keys of the QKD network nodes, and N-1 key is loaded into each module for generating user keys, where N is the number of nodes in the QKD network;

• загружают в модуль выработки пользовательских ключей каждого узла сети КРК идентификационную информацию для связи с другими узлами сети КРК, которые соединены квантовой линией связи с данным узлом сети КРК;• loading into the module for generating user keys of each QKD network node identification information for communication with other QKD network nodes, which are connected by a quantum communication line with this QKD network node;

• загружают в каждый модуль управления пользовательскими ключами идентификационную информацию подключенных к ним шифраторов пользователей;• loading into each user key management module the identification information of the user encryptors connected to them;

• передают из модуля управления пользовательскими ключами каждого узла сети КРК в модули управления пользовательскими ключами всех остальных узлов сети КРК данные о подключенных шифраторах пользователей;• transfer from the user key management module of each QKD network node to the user key management modules of all other QKD network nodes data on the connected user encryptors;

• получают в модуле управления пользовательскими ключами каждого узла сети КРК переданную информацию о подключенных шифраторах пользователей и записывают ее в общую базу данных подключенных шифраторов пользователей;• receive the transmitted information about the connected user encryptors in the user key management module of each QKD network node and record it into the common database of connected user encryptors;

• передают из модуля выработки пользовательских ключей каждого узла сети КРК в модули выработки пользовательских ключей остальных узлов сети КРК идентификационную информацию всех соседних с ним узлов сети КРК,• transmitting from the module for generating user keys of each node of the QKD network to the modules for generating user keys of the remaining nodes of the QKD network, the identification information of all neighboring nodes of the QKD network,

• получают в модуле выработки пользовательских ключей каждого узла сети КРК переданную ему идентификационную информацию соседних узлов и на ее основе формируют топологию сети КРК,• receive in the module for generating user keys of each node of the QKD network the identification information of the neighboring nodes transmitted to it and, on its basis, form the topology of the QKD network,

• получают запрос пользовательского ключа от шифратора пользователя, подключенного к модулю управления пользовательскими ключами узла сети КРК, причем запрос включает идентификационную информацию шифратора пользователя, для связи с которым необходим пользовательский ключ;• receive a request for a user key from a user encryptor connected to the user key management module of a QKD network node, and the request includes the identification information of the user encryptor, for communication with which the user key is required;

• определяют из общей базы данных подключенных шифраторов пользователей узел сети КРК, к которому подключен шифратор пользователя, для связи с которым необходим пользовательский ключ;• determine from the common database of connected user encryptors the QKD network node to which the user encryptor is connected, for communication with which a user key is required;

• формируют в модуле управления пользовательскими ключами узла сети КРК запрос пользовательского ключа с указанием идентификационной информации текущего узла сети КРК и узла сети КРК, определенного по общей базе данных подключенных шифраторов пользователей;• form in the module for managing user keys of the QKD network node a request for a user key indicating the identification information of the current QKD network node and the QKD network node, determined from the common database of connected user encryptors;

• передают сформированный запрос пользовательского ключа из модуля управления пользовательскими ключами в модуль выработки пользовательских ключей узла сети КРК;• the generated user key request is transmitted from the user key management module to the user key generation module of the QKD network node;

• принимают в модуле выработки пользовательских ключей запрос пользовательского ключа от модуля управления пользовательскими ключами;• receive in the module for generating user keys a request for a user key from the module for managing user keys;

• определяют последовательность узлов сети КРК (квантовый маршрут) и количество k узлов в квантовом маршруте от узла сети КРК, получившего запрос пользовательского ключа, до узла сети КРК, указанного в запросе пользовательского ключа, с помощью топологии сети КРК;• determine the sequence of QKD network nodes (quantum route) and the number k of nodes in the quantum route from the QKD network node that received the user key request to the QKD network node specified in the user key request using the QKD network topology;

• резервируют квантовый маршрут, передавая из модуля выработки пользовательских ключей узла сети КРК, получившего запрос пользовательского ключа, в модули выработки пользовательских ключей узлов сети КРК, с идентификаторами, соответствующими остальным идентификаторам узлов сети КРК в квантовом маршруте, сообщения о резервировании квантового маршрута;• reserve the quantum route, transmitting from the module for generating user keys of the QKD network node, which received the user key request, to the modules for generating user keys of the network nodes of the QKD, with identifiers corresponding to the remaining identifiers of the QKD network nodes in the quantum route, messages on the reservation of the quantum route;

• вычисляют i=1;• calculate i = 1;

• (А) посылают запрос выработки квантового ключа из модуля выработки пользовательских ключей в модуль выработки квантовых ключей i-го узла зарезервированного квантового маршрута и из модуля выработки пользовательских ключей в модуль выработки квантовых ключей (i+1)-го узла зарезервированного квантового маршрута, причем• (A) sending a quantum key generation request from the user key generation unit to the quantum key generation unit of the ith node of the reserved quantum route and from the user key generation unit to the quantum key generation unit of the (i + 1) th node of the reserved quantum route, and

Figure 00000010
если i-й узел сети КРК имеет несколько модулей выработки квантового ключа, то посылают запрос в модуль выработки квантовых ключей, соединенный квантовой линией связи с (i+1)-м узлом сети КРК;
Figure 00000010
if the i-th node of the QKD network has several modules for generating a quantum key, then sending a request to the module for generating quantum keys connected by a quantum communication line with the (i + 1) th node of the QKD network;

Figure 00000011
если (i+1)-й узел сети КРК имеет несколько модулей выработки квантового ключа, то посылают запрос в модуль выработки квантовых ключей, соединенный квантовой линией связи с i-м узлом сети КРК;
Figure 00000011
if the (i + 1) th node of the QKD network has several modules for generating a quantum key, then sending a request to the module for generating quantum keys connected by a quantum communication line with the i-th node of the QKD network;

• вырабатывают квантовый ключ в модулях выработки квантового ключа i-го и (i+1)-го узлов сети КРК;• generate a quantum key in the modules for generating a quantum key of the i-th and (i + 1) -th nodes of the QKD network;

• передают полученный квантовый ключ из модуля выработки квантового ключа в модуль выработки пользовательских ключей на i-м и (i+1)-м узле сети КРК;• the received quantum key is transmitted from the quantum key generation module to the user key generation module at the i-th and (i + 1) -th node of the QKD network;

• помещают полученный квантовый ключ в хранилища квантовых ключей модулей выработки пользовательских ключей i-го и (i+1)-го узлов сети КРК;• place the obtained quantum key in the storage of quantum keys of the modules for generating user keys of the i-th and (i + 1) -th nodes of the QKD network;

• если i<k-1, то• if i <k-1, then

Figure 00000012
вычисляют i=i+1;
Figure 00000012
calculate i = i + 1;

Figure 00000013
переходят к этапу А;
Figure 00000013
go to stage A;

• запрашивают случайное число в модуле выработки пользовательских ключей от модуля выработки квантовых ключей узла сети КРК с идентификатором, соответствующему первому узлу сети КРК зарезервированного квантового маршрута;• requesting a random number in the module for generating user keys from the module for generating quantum keys of the QKD network node with an identifier corresponding to the first QKD network node of the reserved quantum route;

• вырабатывают запрошенное случайное число с помощью генератора случайных чисел модуля выработки квантовых ключей;• generate the requested random number using the random number generator of the module for generating quantum keys;

• передают выработанное случайное число из модуля выработки квантовых ключей в модуль выработки пользовательских ключей узла сети КРК с идентификатором, соответствующему первому узлу зарезервированного квантового маршрута;• the generated random number is transmitted from the quantum key generation module to the user key generation module of the QKD network node with the identifier corresponding to the first node of the reserved quantum route;

• вырабатывают на первом и последнем узле сети КРК зарезервированного квантового маршрута квантовый пользовательский ключ с помощью случайного числа в модуле выработки пользовательских ключей первого узла сети КРК и квантовых ключей в хранилищах квантовых ключей узлов сети КРК, входящих в зарезервированный квантовый маршрут, согласно выбранному порядку выработки квантового пользовательского ключа;• generate a quantum user key at the first and last node of the QKD network of the reserved quantum route using a random number in the module for generating user keys of the first node of the QKD network and quantum keys in the quantum key stores of the nodes of the QKD network included in the reserved quantum route, according to the selected order of generation of the quantum custom key;

• вырабатывают классический пользовательский ключ в первом и последнем узле сети КРК зарезервированного квантового маршрута в модулях выработки пользовательских ключей с использованием предварительных ключей согласно выбранному порядку выработки классического пользовательского ключа;• generate a classic user key in the first and last node of the QKD network of the reserved quantum route in the modules for generating user keys using pre-key keys according to the selected order of generation of the classic user key;

• вырабатывают в модулях выработки пользовательских ключей первого и последнего узлов сети КРК зарезервированного квантового маршрута пользовательский ключ с использованием квантового пользовательского ключа и классического пользовательского ключа согласно выбранному порядку объединения квантового пользовательского ключа и классического пользовательского ключа;• a user key is generated in the modules for generating user keys of the first and last nodes of the QKD network of the reserved quantum route using the quantum user key and the classical user key according to the selected order of combining the quantum user key and the classical user key;

• передают выработанный пользовательский ключ из модуля выработки пользовательского ключа первого и последнего узлов сети КРК зарезервированного квантового маршрута в модули управления пользовательскими ключами первого и последнего узлов сети КРК зарезервированного квантового маршрута;• the generated user key is transmitted from the user key generation module of the first and last nodes of the QKD network of the reserved quantum route to the modules for managing the user keys of the first and last nodes of the QKD network of the reserved quantum route;

• сохраняют в хранилище пользовательских ключей модуля управления пользовательскими ключами узла сети КРК полученный пользовательский ключ;• save the received user key in the user key storage of the user key management module of the QKD network node;

• передают пользовательский ключ из хранилища пользовательских ключей модуля управления пользовательскими ключами узла сети КРК в шифратор пользователя, запросивший пользовательский ключ.• transfer the user key from the user key storage of the user key management module of the QKD network node to the user encryptor that requested the user key.

В предложенном способе может быть предусмотрено, чтоIn the proposed method, it can be provided that

• определяют в модулях выработки пользовательских ключей и передают другим модулям выработки пользовательских ключей топологические метрики сети КРК, которыми дополняют топологию сети КРК, причем топологические метрики включают• the topological metrics of the QKD network, which complement the topology of the QKD network, are determined in the modules for generating user keys and transmitted to other modules for generating user keys, and the topological metrics include

Figure 00000014
количество квантовых ключей в хранилище квантовых ключей;
Figure 00000014
the number of quantum keys in the quantum key store;

Figure 00000015
скорость выработки квантовых ключей с соседними узлами сети КРК;
Figure 00000015
the rate of generation of quantum keys with neighboring nodes of the QKD network;

Figure 00000016
скорость расходования и количество квантовых ключей на зарезервированных квантовых маршрутах;
Figure 00000016
the rate of expenditure and the number of quantum keys on the reserved quantum routes;

• при определении квантового маршрута модули выработки пользовательских ключей учитывают топологические метрики, которыми дополнена топология сети КРК;• when determining the quantum route, the modules for generating user keys take into account topological metrics, which are added to the topology of the QKD network;

• при резервировании квантового маршрута сообщение о резервировании дополняется информацией о количестве необходимых квантовых ключей для резервирования.• when a quantum route is reserved, the reservation message is supplemented with information about the number of required quantum keys for the reservation.

В предложенном способе также может быть предусмотрено, что запрос квантового ключа к модулю выработки квантовых ключей содержит характеристики запрашиваемого квантового ключа: длину, максимальное время готовности квантового ключа, режим выработки ключа.In the proposed method, it can also be provided that the request for a quantum key to the quantum key generation module contains the characteristics of the requested quantum key: length, maximum availability time of the quantum key, key generation mode.

Кроме этого, в предложенном способе может быть предусмотрено, что запрос пользовательского ключа к модулю управления пользовательскими ключами содержит характеристики запрашиваемого квантового ключа: длину, максимальное время готовности пользовательского ключа, необходимость применения классического пользовательского ключа при вычислении пользовательского ключа.In addition, the proposed method may provide that the request for a user key to the user key management module contains the characteristics of the requested quantum key: length, maximum readiness time of the user key, the need to use the classic user key when calculating the user key.

Также предлагается, согласно второму варианту, система выработки и распределения ключей, включающаяIt is also proposed, according to the second option, a system for generating and distributing keys, including

• множество узлов сети выработки и квантового распределения ключей (узлы сети КРК), причем• a set of network nodes for the generation and quantum distribution of keys (nodes of the QKD network), and

Figure 00000017
узлы сети КРК соединены квантовыми линиями связи, так, что граф, отображающий связи квантовыми линиями, является связным;
Figure 00000017
the nodes of the QKD network are connected by quantum communication lines, so that the graph displaying the connections by quantum lines is connected;

Figure 00000018
узлы сети КРК соединены классической цифровой сетью передачи данных;
Figure 00000018
QKD network nodes are connected by a classic digital data transmission network;

причем к каждому узлу сети КРК присоединено, по крайней мере, две квантовые линии связи;moreover, at least two quantum communication lines are connected to each node of the QKD network;

при этом узел сети КРК включаетat the same time, the QKD network node includes

• модуль выработки пользовательских ключей,• module for generating custom keys,

• модуль управления пользовательскими ключами,• module for managing user keys,

• по крайней мере, два модуля выработки квантовых ключей;• at least two modules for generating quantum keys;

причем соединение с квантовыми линиями связи узлов сети КРК может быть выполнено как напрямую, так и через оптический коммутатор; причемmoreover, the connection with the quantum communication lines of the QKD network nodes can be performed both directly and through an optical switch; moreover

• количество оптических коммутаторов не превышает количество узлов сети КРК;• the number of optical switches does not exceed the number of QKD network nodes;

• каждый оптический коммутатор имеет один оптический вход и т оптических выходов, позволяющих подключать до т квантовых линий связи к одному узлу сети КРК;• each optical switch has one optical input and tons of optical outputs that allow connecting up to tons of quantum communication lines to one node of the QKD network;

• каждый оптический коммутатор соединен локальной цифровой линией передачи данных с модулем выработки пользовательских ключей, подключенным квантовой линией связи к оптическому входу оптического коммутатора;• each optical switch is connected by a local digital data transmission line to a user key generation module connected by a quantum communication line to the optical input of the optical switch;

при этом каждый модуль управления пользовательскими ключами соединен с модулем выработки пользовательских ключей локальной цифровой линией передачи данных и выполненный с возможностьюwherein each module for managing user keys is connected to the module for generating user keys by a local digital data transmission line and configured to

• получать и передавать данные в шифраторы пользователей через цифровую сеть передачи данных;• receive and transmit data to user encryptors through a digital data transmission network;

• хранить пользовательские ключи в хранилище пользовательских ключей;• store user keys in the user key store;

• определять совместно с модулями управления пользовательскими ключами других узлов сети КРК соответствие узла сети КРК и подключенных к ним шифраторов пользователей;• determine, together with the modules for managing user keys of other nodes of the QKD network, the correspondence of the QKD network node and the user encoders connected to them;

• формировать общую базу данных подключенных шифраторов пользователей, содержащую соответствие узлов сети КРК и подключенных к ним шифраторов пользователей;• form a common database of connected user encryptors, containing the correspondence between the QKD network nodes and the connected user encryptors;

• создавать запросы на выработку пользовательского ключа в модули выработки пользовательских ключей;• create requests for generating a custom key to the modules for generating custom keys;

• получать пользовательские ключи от модулей выработки пользовательских ключей согласно переданным запросам;• receive user keys from modules for generating user keys according to the transmitted requests;

при этом каждый модуль выработки квантовых ключей связан с модулем выработки пользовательских ключей локальной цифровой линией передачи данных и выполнен с возможностьюwherein each module for generating quantum keys is associated with the module for generating user keys by a local digital data transmission line and is configured to

• вырабатывать квантовые ключи совместно с другим модулем выработки квантовых ключей, соединенным квантовой линией связи;• generate quantum keys together with another module for generating quantum keys connected by a quantum communication line;

• генерировать случайные числа;• generate random numbers;

• получать запросы на выработку квантового ключа от модуля выработки пользовательских ключей;• receive requests for generating a quantum key from the user key generation module;

• передавать вырабатываемые квантовые ключи в модули выработки пользовательских ключей;• transfer the generated quantum keys to the modules for generating user keys;

• передавать и получать служебные данные протокола КРК из модуля выработки пользовательских ключей;• transmit and receive service data of the QKD protocol from the module for generating user keys;

при этом модуль выработки пользовательских ключей выполнен с возможностьюin this case, the module for generating user keys is configured to

• создавать запросы на выработку квантового ключа в модули выработки квантовых ключей;• create requests for generating a quantum key to the modules for generating quantum keys;

• получать квантовые ключи от модулей выработки квантовых ключей согласно переданным запросам;• receive quantum keys from the modules for generating quantum keys according to the transmitted requests;

• хранить квантовые ключи в хранилище квантовых ключей;• store quantum keys in a quantum key store;

• зашифровывать данные;• encrypt data;

• расшифровывать данные;• decrypt data;

• осуществлять аутентификацию данных;• carry out data authentication;

• проверять аутентификацию данных;• check data authentication;

• определять топологию сети КРК;• determine the topology of the QKD network;

• определять квантовый маршрут для выработки пользовательских ключей;• define a quantum route for generating user keys;

• управлять коммутацией каналов внутри оптического коммутатора;• manage channel switching inside the optical switch;

• вырабатывать пользовательские ключи совместно с модулями выработки пользовательских ключей других узлов сети КРК на квантовом маршруте,• generate user keys together with modules for generating user keys of other nodes of the QKD network on a quantum route,

• получать запросы на выработку пользовательских ключей от модулей управления пользовательскими ключами;• receive requests to generate custom keys from custom key management modules;

• передавать пользовательские ключи в модули управления пользовательскими ключами.• transfer custom keys to custom key management modules.

Для работы системы, согласно второму варианту, предлагается способ выработки и распределения пользовательских ключей в системе, заключающийся в том, чтоFor the operation of the system, according to the second version, a method for generating and distributing user keys in the system is proposed, which consists in the fact that

• выбирают порядок выработки квантового пользовательского ключа;• select the order of generating the quantum user key;

• выбирают порядок выработки классического пользовательского ключа;• choose the order of generation of the classic user key;

• выбирают порядок объединения квантового пользовательского ключа и классического пользовательского ключа;• choose the order of combining the quantum user key and the classical user key;

• загружают предварительные ключи в модули выработки пользовательских ключей узлов сети КРК, причем в каждый модуль выработки пользовательских ключей загружается N-1 ключ, где N - число узлов сети КРК;• pre-keys are loaded into the modules for generating user keys of the QKD network nodes, and N-1 key is loaded into each module for generating user keys, where N is the number of nodes in the QKD network;

• загружают в модуль выработки пользовательских ключей каждого узла сети КРК идентификационную информацию для связи с другими узлами сети КРК, которые соединены квантовой линией связи с данным узлом сети ККР;• loading into the module for generating user keys of each node of the QKD network identification information for communication with other nodes of the QKD network, which are connected by a quantum communication line with this node of the QKR network;

• загружают в каждый модуль управления пользовательскими ключами идентификационную информацию подключенных к ним шифраторов пользователей;• loading into each user key management module the identification information of the user encryptors connected to them;

• передают из модуля управления пользовательскими ключами каждого узла сети КРК в модули управления пользовательскими ключами всех остальных узлов сети КРК данные о подключенных шифраторах пользователей;• transfer from the user key management module of each QKD network node to the user key management modules of all other QKD network nodes data on the connected user encryptors;

• получают в модуле управления пользовательскими ключами каждого узла сети КРК переданную информацию о подключенных шифраторах пользователей и собирают ее в общую базу данных подключенных шифраторов пользователей;• receive the transmitted information about the connected user encryptors in the user key management module of each QKD network node and collect it into a common database of connected user encryptors;

• передают из модуля выработки пользовательских ключей каждого узла сети КРК в модули выработки пользовательских ключей всех остальных узлов сети КРК идентификационную информацию всех соседних с ним узлов сети КРК;• transmitting from the module for generating user keys of each node of the QKD network to the modules for generating user keys of all other nodes of the QKD network, identification information of all neighboring nodes of the QKD network;

• получают в модуле выработки пользовательских ключей каждого узла сети КРК переданную ему идентификационную информацию соседних узлов и на ее основе формируют топологию сети КРК;• receive in the module for generating user keys of each node of the QKD network the transmitted identification information of the neighboring nodes and, on its basis, form the topology of the QKD network;

• получают запрос пользовательского ключа от шифратора пользователя, подключенного к модулю управления пользовательскими ключами узла сети КРК, причем запрос включает идентификационную информацию шифратора пользователя, для связи с которым необходим пользовательский ключ;• receive a request for a user key from a user encryptor connected to the user key management module of a QKD network node, and the request includes the identification information of the user encryptor, for communication with which the user key is required;

• определяют по общей базе данных подключенных шифраторов пользователей узел сети КРК, к которому подключен шифратор пользователя, для связи с которым необходим пользовательский ключ;• determine from the common database of connected user encryptors the QKD network node to which the user encryptor is connected, for communication with which a user key is required;

• формируют в модуле управления пользовательскими ключами узла сети КРК запрос пользовательского ключа с указанием идентификационной информации узла сети КРК, получившего запрос пользовательского ключа, и узла сети КРК, определенного по общей базе данных подключенных шифраторов пользователей;• form a request for a user key in the user key management module of the QKD network node, indicating the identification information of the QKD network node that received the request for the user key, and the QKD network node, determined from the common database of connected user encryptors;

• передают сформированный запрос пользовательского ключа из модуля управления пользовательскими ключами в модуль выработки пользовательских ключей узла сети КРК;• the generated user key request is transmitted from the user key management module to the user key generation module of the QKD network node;

• принимают в модуле выработки пользовательских ключей запрос пользовательского ключа от модуля управления пользовательскими ключами;• receive in the module for generating user keys a request for a user key from the module for managing user keys;

• определяют последовательность узлов сети КРК (квантовый маршрут) и количество k узлов в квантовом маршруте от узла сети КРК, получившего запрос пользовательского ключа, до узла сети КРК, указанного в запросе пользовательского ключа, с помощью топологии сети КРК;• determine the sequence of QKD network nodes (quantum route) and the number k of nodes in the quantum route from the QKD network node that received the user key request to the QKD network node specified in the user key request using the QKD network topology;

• резервируют квантовый маршрут, передавая из модуля выработки пользовательских ключей узла сети КРК, получившего запрос пользовательского ключа, в модули выработки пользовательских ключей узлов сети КРК, с идентификаторами, соответствующими остальным идентификаторам узлов сети КРК в зарезервированном квантовом маршруте сообщения о резервировании квантового маршрута;• reserve a quantum route, transmitting from the module for generating user keys of the QKD network node, which received the request for the user key, to the modules for generating user keys of the network nodes of the QKD, with identifiers corresponding to the remaining identifiers of the QKD network nodes in the reserved quantum route of the message on the reservation of the quantum route;

• вычисляют i=1;• calculate i = 1;

• (А) посылают запрос выработки квантового ключа из модуля выработки пользовательских ключей в модуль выработки квантовых ключей i-го узла зарезервированного квантового маршрута и из модуля выработки пользовательских ключей в модуль выработки квантовых ключей (i+1)-го узла зарезервированного квантового маршрута, причем• (A) sending a quantum key generation request from the user key generation unit to the quantum key generation unit of the ith node of the reserved quantum route and from the user key generation unit to the quantum key generation unit of the (i + 1) th node of the reserved quantum route, and

Figure 00000019
если i-й узел сети КРК имеет несколько модулей выработки квантового ключа, то посылают запрос в модуль выработки квантовых ключей, соединенный квантовой линией связи с (i+1)-M узлом сети КРК;
Figure 00000019
if the i-th node of the QKD network has several modules for generating a quantum key, then sending a request to the module for generating quantum keys connected by a quantum communication line with the (i + 1) -M node of the QKD network;

Figure 00000020
если (i+1)-й узел сети КРК имеет несколько модулей выработки квантового ключа, то посылают запрос в модуль выработки квантовых ключей, соединенный квантовой линией связи с i-м узлом сети КРК;
Figure 00000020
if the (i + 1) th node of the QKD network has several modules for generating a quantum key, then sending a request to the module for generating quantum keys connected by a quantum communication line with the i-th node of the QKD network;

• если модули выработки квантовых ключей i-го и (i+1)-го узла сети КРК связаны квантовым каналом связи через оптический коммутатор, то• if the modules for generating quantum keys of the i-th and (i + 1) -th nodes of the QKD network are connected by a quantum communication channel through an optical switch, then

Figure 00000021
если модуль выработки квантовых ключей (i+1)-го узла сети КРК подключен к j-му выходу оптического коммутатора, то задают коммутацию квантовых каналов в оптическом коммутаторе из модуля выработки пользовательских ключей i-го узла сети КРК со входа оптического коммутатора на j-й выход;
Figure 00000021
if the module for generating quantum keys of the (i + 1) th node of the QKD network is connected to the j-th output of the optical switch, then switching of quantum channels in the optical switch is set from the module for generating user keys of the i-th node of the QKK network from the input of the optical switch to j- th exit;

Figure 00000022
если модуль выработки квантовых ключей i-го узла сети КРК подключен к j-му выходу оптического коммутатора, то задают коммутацию квантовых каналов в оптическом коммутатор из модуля выработки пользовательских ключей (i+1)-го узла сети КРК со входа оптического коммутатора на j-й выход;
Figure 00000022
if the module for generating quantum keys of the i-th node of the QKD network is connected to the j-th output of the optical switch, then switching of quantum channels is set in the optical switch from the module for generating user keys of the (i + 1) -th node of the QKD network from the input of the optical switch to j- th exit;

• вырабатывают квантовый ключ в модулях выработки квантового ключа i-го и (i+1)-го узлов сети КРК;• generate a quantum key in the modules for generating a quantum key of the i-th and (i + 1) -th nodes of the QKD network;

• передают полученный квантовый ключ из модуля выработки квантового ключа в модуль выработки пользовательских ключей на i-м и (i+1)-м узле сети КРК;• the received quantum key is transmitted from the quantum key generation module to the user key generation module at the i-th and (i + 1) -th node of the QKD network;

• помещают полученный квантовый ключ в хранилища квантовых ключей модулей выработки пользовательских ключей i-го и (i+1)-го узлов сети КРК;• place the obtained quantum key in the storage of quantum keys of the modules for generating user keys of the i-th and (i + 1) -th nodes of the QKD network;

• если i<k-1, то• if i <k-1, then

Figure 00000001
вычисляют i=i+1;
Figure 00000001
calculate i = i + 1;

Figure 00000001
переходят к этапу А;
Figure 00000001
go to stage A;

• запрашивают случайное число в модуле выработки пользовательских ключей из модуля выработки квантовых ключей узла сети КРК с идентификатором, соответствующему первому узлу зарезервированного квантового маршрута;• requesting a random number in the module for generating user keys from the module for generating quantum keys of the QKD network node with an identifier corresponding to the first node of the reserved quantum route;

• вырабатывают запрошенное случайное число с помощью генератора случайных чисел модуля выработки квантовых ключей;• generate the requested random number using the random number generator of the module for generating quantum keys;

• передают выработанное случайное число из модуля выработки квантовых ключей в модуль выработки пользовательских ключей узла сети КРК с идентификатором, соответствующему первому узлу зарезервированного квантового маршрута;• the generated random number is transmitted from the quantum key generation module to the user key generation module of the QKD network node with the identifier corresponding to the first node of the reserved quantum route;

• вырабатывают на первом и последнем узлах сети КРК зарезервированного квантового маршрута квантовый пользовательский ключ с помощью случайного числа в модуле выработки пользовательских ключей первого узла сети КРК и квантовых ключей в хранилищах квантовых ключей узлов сети КРК зарезервированного квантового маршрута, согласно выбранному порядку выработки квантового пользовательского ключа;• generate a quantum user key at the first and last nodes of the QKD network of the reserved quantum route using a random number in the module for generating user keys of the first node of the QKD network and quantum keys in the quantum key stores of the nodes of the QKD network of the reserved quantum route, according to the selected order of generation of the quantum user key;

• вырабатывают классический пользовательский ключ на первом и последнем узле сети КРК зарезервированного квантового маршрута в модулях выработки пользовательских ключей с использованием предварительных ключей согласно выбранному порядку выработки классического пользовательского ключа;• generate a classic user key at the first and last node of the QKD network of the reserved quantum route in the modules for generating user keys using pre-key keys according to the selected order of generation of the classic user key;

• вырабатывают в модулях выработки пользовательских ключей первого и последнего узлов сети КРК зарезервированного квантового маршрута пользовательский ключ с использованием квантового пользовательского ключа и классического пользовательского ключа согласно выбранному порядку объединения квантового пользовательского ключа и классического пользовательского ключа;• a user key is generated in the modules for generating user keys of the first and last nodes of the QKD network of the reserved quantum route using the quantum user key and the classical user key according to the selected order of combining the quantum user key and the classical user key;

• передают выработанный пользовательский ключ из модуля выработки пользовательского ключа первого и последнего узлов сети КРК зарезервированного квантового маршрута в модули управления пользовательскими ключами первого и последнего узлов сети КРК зарезервированного квантового маршрута;• the generated user key is transmitted from the user key generation module of the first and last nodes of the QKD network of the reserved quantum route to the modules for managing the user keys of the first and last nodes of the QKD network of the reserved quantum route;

• сохраняют в хранилище пользовательских ключей модуля управления пользовательскими ключами узла сети КРК полученный пользовательский ключ;• save the received user key in the user key storage of the user key management module of the QKD network node;

• передают пользовательский ключ из хранилища пользовательских ключей модуля управления пользовательскими ключами узла сети КРК в шифратор пользователя, запросивший пользовательский ключ.• transfer the user key from the user key storage of the user key management module of the QKD network node to the user encryptor that requested the user key.

В предложенном способе может быть предусмотрено, чтоIn the proposed method, it can be provided that

• определяют в модулях выработки пользовательских ключей и передают другим модулям выработки пользовательских ключей топологические метрики сети КРК, которыми дополняют топологию сети КРК, причем топологические метрики включают• the topological metrics of the QKD network, which complement the topology of the QKD network, are determined in the modules for generating user keys and transmitted to other modules for generating user keys, and the topological metrics include

Figure 00000023
количество квантовых ключей в хранилище квантовых ключей;
Figure 00000023
the number of quantum keys in the quantum key store;

Figure 00000024
скорость выработки квантовых ключей с соседними узлами сети КРК;
Figure 00000024
the rate of generation of quantum keys with neighboring nodes of the QKD network;

Figure 00000025
скорость расходования и количество квантовых ключей на зарезервированных квантовых маршрутах;
Figure 00000025
the rate of expenditure and the number of quantum keys on the reserved quantum routes;

• учитывают топологические метрики при определении квантового маршрута в модуле выработки пользовательских ключей;• take into account topological metrics when determining the quantum route in the module for generating user keys;

• при резервировании квантового маршрута сообщение о резервировании дополняют информацией о количестве необходимых квантовых ключей для резервирования.• when reserving a quantum route, the reservation message is supplemented with information about the number of required quantum keys for reservation.

В предложенном способе также может быть предусмотрено, что запрос квантового ключа в модуль выработки квантовых ключей содержит характеристики запрашиваемого квантового ключа: длину, максимальное время готовности квантового ключа, режим выработки ключа.In the proposed method, it can also be provided that the request for a quantum key to the quantum key generation module contains the characteristics of the requested quantum key: length, maximum availability time of the quantum key, key generation mode.

Кроме этого, в предложенном способе может быть предусмотрено, что запрос пользовательского ключа в модуль управления пользовательскими ключами содержит характеристики запрашиваемого квантового ключа: длину, максимальное время готовности пользовательского ключа, необходимость применения классического пользовательского ключа при вычислении пользовательского ключа.In addition, the proposed method may provide that the request for a user key to the user key management module contains the characteristics of the requested quantum key: length, maximum readiness time of the user key, the need to use the classic user key when calculating the user key.

Предлагаемая система (далее - сеть КРК) в целом предназначена для выработки и распределения ключей между любой парой входящих в ее состав узлов. Вырабатываемые ключи могут применяться как узлами самой системы, так и передаваться во внешние устройства, подключаемые к узлам. Способ выработки и распределения ключей реализуется в первом варианте узла (узла сети КРК). Система позволяет вырабатывать ключи, стойкость которых основана на стойкости как квантовых ключей, получаемых с помощью протоколов КРК с доказанной секретностью, так и классических ключей. Объединение двух ключей, имеющих разную природу, позволяет получить стойкий ключ даже в случае, если проведена успешная атака на один из составных ключей. Таким образом, достигается повышение стойкости пользовательских ключей.The proposed system (hereinafter referred to as the QKD network) is generally designed to generate and distribute keys between any pair of nodes included in it. The generated keys can be used both by the nodes of the system itself and transmitted to external devices connected to the nodes. The method for generating and distributing keys is implemented in the first version of the node (QKD network node). The system allows generating keys, the strength of which is based on the strength of both quantum keys obtained using QKD protocols with proven secrecy, and classical keys. Combining two keys of a different nature allows you to obtain a strong key even if one of the composite keys is successfully attacked. Thus, an increase in the strength of user keys is achieved.

Узлы сети КРК соединяются квантовыми линями связи. Причем на каждую квантовую линию связи в узле сети КРК выделяется обособленный модуль выработки квантовых ключей. За счет этого достигается высокая скорость выработки квантовых ключей на сегментах сети КРК, т.е. на паре модулей выработки квантовых ключей, соединенных квантовыми линиями связи. Множество модулей выработки квантовых ключей в одном узле сети КРК позволяет строить сети КРК произвольной топологии. При этом может осуществляться параллельная выработка квантовых ключей на всех сегментах сети КРК, в которые входит данный узел сети КРК, повышая итоговую скорость выработки пользовательских ключей.The QKD network nodes are connected by quantum communication lines. Moreover, for each quantum communication line in the QKD network node, a separate module for generating quantum keys is allocated. Due to this, a high speed of generation of quantum keys on the QKD network segments is achieved, i.e. on a pair of modules for generating quantum keys connected by quantum communication lines. A set of modules for generating quantum keys in one QKD network node allows you to build QKD networks of arbitrary topology. In this case, parallel generation of quantum keys can be carried out on all segments of the QKD network, which includes a given QKD network node, increasing the final rate of generation of user keys.

Отметим, что модули выработки квантовых ключей в общем случае бывают двух видов: одни содержат источник одиночных фотонов, другие - приемник одиночных фотонов. Узел сети КРК может содержать модули выработки квантовых ключей как одного, так и другого вида. Единственное требование, которое накладывается на эти модули, - с одного конца квантовой линии связи должен находиться источник одиночных фотонов, а с другого конца этой же квантовой линии связи должен находиться приемник одиночных фотонов.Note that the modules for generating quantum keys in the general case are of two types: some contain a source of single photons, others - a receiver of single photons. The QKD network node can contain modules for generating quantum keys of one or another type. The only requirement imposed on these modules is that from one end of the quantum communication line there must be a source of single photons, and from the other end of the same quantum communication line there must be a receiver of single photons.

Для подключения внешних устройств, которым необходимо передавать пользовательский ключ, например, шифраторов, узел сети КРК оборудуется модулем управления пользовательских ключей.To connect external devices that need to transfer a user key, for example, encryptors, the QKD network node is equipped with a user key management module.

Данный модуль служит для трех целей.This module serves three purposes.

Первая - унификация идентификационной информации узлов сети КРК, за счет перевода запросов пользовательского ключа с указанием идентификационной информации шифраторов в запросы пользовательского ключа внутри сети КРК с указанием идентификационной информации узлов сети КРК. Таким образом, идентификационная информация пар шифраторов может иметь различный вид.The first is the unification of the identification information of the QKD network nodes, by translating the requests of the user key with the indication of the identification information of the encryptors into the requests of the user key inside the QKD network with the indication of the identification information of the nodes of the QKD network. Thus, the identification information of pairs of scramblers can have different forms.

Вторая - хранение пользовательских ключей в выделенном ключевом хранилище. Таким образом, уменьшается вероятность случайного или преднамеренного использования выработанного пользовательского ключа после передачи в модули управления пользовательскими ключами. Также за счет этого хранилища возможна отложенная выдача пользовательского ключа внешнему устройству, если оно было не подключено в момент выработки пользовательского ключа.The second is storing user keys in a dedicated key store. Thus, the likelihood of accidental or deliberate use of the generated user key after transmission to the user key management modules is reduced. Also, due to this storage, a deferred issuance of a user key to an external device is possible if it was not connected at the time the user key was generated.

Третья - невозможность на физическом уровне подключить внешнее устройство к узлу, с которого не предполагается выдача пользовательских ключей.The third is the impossibility at the physical level to connect an external device to a node from which it is not supposed to issue user keys.

Отметим, что подключенные шифраторы пользователей (или иные внешние устройства, предназначенные для получения пользовательского ключа от сети КРК) инициируют выполнение способа выработки и распределения пользовательских ключей путем передачи запроса пользовательского ключа в модуль управления пользовательскими ключами. Для корректной обработки запросов пользовательского ключа на узле сети КРК необходимо, чтобы каждый узел сети КРК мог определить узел сети КРК, к которому подключен другой шифратор пользователя, с которым запрошен пользовательский ключ.Note that the connected user encryptors (or other external devices designed to obtain a user key from the QKD network) initiate a method for generating and distributing user keys by transmitting a user key request to the user key management module. For the correct processing of requests for a user key on the QKD network node, it is necessary that each QKD network node can determine the QKD network node to which another user encryptor is connected, with which the user key is requested.

Для этих целей каждым модулем управления пользовательскими ключами формируется общая база данных подключенных шифраторов пользователей, которая содержит информацию о том, какие шифраторы пользователей подключены к сети КРК и к какому именно узлу сети КРК. Эта база данных позволяет переводить идентификационную информацию шифраторов в идентификационную информацию узлов сети КРК, к которым подключены эти шифраторы. Общая база данных представляет собой определенную структуру, хранящуюся в памяти модуля во время работы системы.For these purposes, each user key management module forms a common database of connected user encryptors, which contains information about which user encryptors are connected to the QKD network and to which node of the QKD network. This database allows you to translate the identification information of the encryptors into the identification information of the QKD network nodes to which these encryptors are connected. A common database is a specific structure stored in the memory of a module during system operation.

Модули управления пользовательскими ключами служат для взаимодействия с внешними по отношению к системе шифраторами пользователей. В том случае, если к конкретному узлу сети КРК не планируется в принципе подключать шифраторы пользователей и с этого узла сети КРК не будут выдаваться пользовательские ключи, то возможна упрощенная реализация узла сети КРК, при которой исключается модуль управления пользовательскими ключами. В этом случае также исключается возможность взаимодействия с данным узлом извне системы, что позволяет создать более защищенную реализацию узла сети КРК. Необходимость в такой защищенной реализации может возникнуть при реализации системы, соединяющий, например, удаленные географические объекты, между которыми расстояние существенно больше 100 км (предельное расстояние для известных систем КРК), а между ними находятся малонаселенные труднодоступные территории. Тогда безопасная реализация узла сети КРК позволит упростить организацию места размещения такого узла и уменьшить частоту регламентного очного контроля узла сети КРК.User key management modules are used to interact with user encryptors external to the system. In the event that it is not planned in principle to connect user encryptors to a specific QKD network node and user keys will not be issued from this QKD network node, then a simplified implementation of the QKD network node is possible, in which the user key management module is excluded. In this case, the possibility of interaction with this node from outside the system is also excluded, which makes it possible to create a more secure implementation of the QKD network node. The need for such a secure implementation may arise when implementing a system that connects, for example, remote geographic objects, between which the distance is significantly more than 100 km (the maximum distance for known QKD systems), and between them there are sparsely populated hard-to-reach territories. Then, the safe implementation of the QKD network node will simplify the organization of the location of such a node and reduce the frequency of routine on-site monitoring of the QKD network node.

Способ выработки и распределения пользовательских ключей предполагает децентрализованное управление выработкой пользовательских ключей. Тот узел сети КРК, к которому подключено запросившее ключ устройство, может самостоятельно определить необходимую цепочку узлов сети КРК (квантовый маршрут), которая позволит выработать пользовательский ключ. Для определения квантового маршрута каждый узел сети КРК, выполняющий расчет маршрута, должен обладать полной информацией о существующих квантовых линиях связи в сети КРК, а также об эффективности их использованияThe method for generating and distributing user keys assumes decentralized control over the generation of user keys. The QKD network node to which the device requesting the key is connected can independently determine the necessary chain of QKD network nodes (quantum route), which will allow generating a user key. To determine a quantum route, each QKD network node performing route calculation must have complete information about the existing quantum communication lines in the QKD network, as well as about the efficiency of their use.

Квантовым маршрутом назовем упорядоченную последовательность узлов сети КРК, в которой каждый последующий узел связан с предыдущим квантовым каналом связи.A quantum route is an ordered sequence of QKD network nodes, in which each subsequent node is connected to the previous quantum communication channel.

Первый узел сети КРК в этой последовательности - это узел сети КРК, в модуле выработки пользовательских ключей которого получен запрос пользовательского ключа. Последний узел сети КРК в квантовом маршруте - узел сети КРК, с которым необходимо выработать пользовательский ключ в соответствии с запросом пользовательского ключа. Последовательность узлов сети КРК может задаваться, например, упорядоченным массивом идентификаторов этих узлов.The first QKD network node in this sequence is the QKD network node, in the user key generation module of which a user key request is received. The last node of the QKD network in the quantum route is the node of the QKD network, with which it is necessary to generate a user key in accordance with a request for a user key. The sequence of QKD network nodes can be specified, for example, by an ordered array of identifiers of these nodes.

В общем случае, существуют различные способы выбора квантового маршрута. Квантовый маршрут для каждой пары узлов сети КРК может быть заранее предопределенным и зафиксированным. Но в таком случае он может оказаться неработоспособным в случае нарушения выработки квантовых ключей (например, падение скорости выработки ключей, нерегулярность выработки ключей) между какой-либо парой узлов сети КРК квантового маршрута и, тем более, в случае невозможности выработки квантовых ключей.In general, there are various ways to choose a quantum route. The quantum route for each pair of QKD network nodes can be predetermined and fixed in advance. But in this case, it may turn out to be inoperative in the event of a violation of the generation of quantum keys (for example, a drop in the rate of key generation, irregularity of key generation) between any pair of nodes in the QKD network of the quantum route, and even more so if it is impossible to generate quantum keys.

Динамические способы определения квантового маршрута позволяют строить маршрут, оптимальный по некоторому признаку в конкретный момент времени.Dynamic methods for determining a quantum route allow you to build a route that is optimal according to some attribute at a particular moment in time.

Предлагается при определении квантового маршрута минимизировать время, необходимое для выработки квантовых ключей на всех последовательных парах узлов сети КРК для повышения скорость выработки пользовательского ключа.When determining a quantum route, it is proposed to minimize the time required to generate quantum keys on all consecutive pairs of QKD network nodes in order to increase the speed of generating a user key.

Для этого предлагается использовать следующие параметры квантового канала связи и узлов сети КРК, характеризующие эффективность выработки пользовательского ключа на некотором маршруте (показатели эффективности квантовой линии связи):For this, it is proposed to use the following parameters of a quantum communication channel and QKD network nodes, which characterize the efficiency of generating a user key on a certain route (indicators of the efficiency of a quantum communication line):

• количество накопленных квантовых ключей в хранилище квантовых ключей в узлах сети КРК на предполагаемом квантовом маршруте,• the number of accumulated quantum keys in the storage of quantum keys at the nodes of the QKD network on the proposed quantum route,

• скорость выработки квантовых ключей на узле сети КРК с соседними узлами сети КРК,• the rate of generation of quantum keys at a QKD network node with neighboring QKD network nodes,

• скорость расходования квантовых ключей,• rate of expenditure of quantum keys,

• количество квантовых ключей на зарезервированных квантовых маршрутах для выработки квантовых пользовательских ключей,• the number of quantum keys on the reserved quantum routes for generating quantum user keys,

• размеры квантовых ключей и размер запрошенного пользовательского ключа,• the sizes of quantum keys and the size of the requested user key,

• выбранный способ передачи квантовой составляющей пользовательского ключа и способ объединения квантовой и пользовательской составляющих пользовательского ключа.• the selected method of transferring the quantum component of the user key and the method of combining the quantum and user components of the user key.

Информация о показателях эффективности квантовых линиях связи всей сети КРК передается на каждый узел сети КРК с помощью служебных сообщений. Каждый узел сети КРК раскрывает всем прочим узлам сети КРК в системе информацию о соседних с ним узлах сети КРК и эффективности квантовых линий связи, подключенных к данному узлу. Объединив свою раскрытую информацию с аналогичной информацией от прочих узлов сети КРК, каждый узел сети КРК может сформировать топологию сети КРК, представив ее, например, в виде графа, где вершинами будут узлы сети КРК, а ребрами - квантовые линии связи. Тогда каждому ребру графа можно сопоставить вес, показывающий эффективность квантовой линии связи, рассчитанную на основании показателей эффективности. Таким образом, на каждом узле сети КРК хранится взвешенный граф, по которому узел сети КРК определяет квантовый маршрут. Значения показателей эффективности могут определяться модулями выработки пользовательских ключей на основе анализа статистики выработки квантовых ключей в процессе работы системы или заранее зафиксированных производителем. В первом случае при изменении значений показателей эффективности необходимо обновить топологию сети (взвешенный граф) на узле сети КРК, на котором обновились значения показателей эффективности, и разослать обновленную топологию на все остальные узлы сети КРК. Во втором случае значения показателей эффективности не изменяются во время работы сети КРК.Information about the performance indicators of quantum communication lines of the entire QKD network is transmitted to each node of the QKD network using service messages. Each node of the QKD network discloses to all other nodes of the QKD network in the system information about the neighboring nodes of the QKD network and the efficiency of quantum communication lines connected to this node. By combining its disclosed information with similar information from other nodes of the QKD network, each node of the QKD network can form the topology of the QKD network, representing it, for example, in the form of a graph, where the nodes will be the nodes of the QKD network, and the edges are quantum communication lines. Then each edge of the graph can be associated with a weight that shows the efficiency of the quantum communication line, calculated on the basis of performance indicators. Thus, at each node of the QKD network, a weighted graph is stored, according to which the QKD network node determines the quantum route. The values of the performance indicators can be determined by the modules for generating custom keys based on the analysis of statistics for the generation of quantum keys during the operation of the system or pre-fixed by the manufacturer. In the first case, when the values of performance indicators change, it is necessary to update the network topology (weighted graph) at the QKD network node, where the values of the performance indicators were updated, and send the updated topology to all other QKD network nodes. In the second case, the values of the performance indicators do not change during the operation of the QKD network.

На фиг. 1 приведен пример сети КРК, состоящей из 6 узлов сети КРК. Линиями обозначены квантовые каналы связи. Тогда квантовый маршрут от узла 1 до узла 6 может принимать следующие значения:FIG. 1 shows an example of a QKD network consisting of 6 QKD network nodes. Lines indicate quantum communication channels. Then the quantum route from node 1 to node 6 can take the following values:

• 1, 2, 3, 6;• 1, 2, 3, 6;

• 1, 2, 3, 4, 5, 6;• 1, 2, 3, 4, 5, 6;

• 1,2,3,5,6;• 1,2,3,5,6;

• 1, 4, 5, 6;• 1, 4, 5, 6;

• 1, 4, 3, 6;• 1, 4, 3, 6;

• 1, 4, 3, 5, 6;• 1, 4, 3, 5, 6;

• 1, 4, 5, 3, 6.• 1, 4, 5, 3, 6.

После расчета квантового маршрута модуль выработки пользовательских ключей резервирует этот маршрут, чтобы модули выработки пользовательских ключей прочих узлов сети КРК могли учитывать рассчитанный зарезервированный маршрут, на котором будут расходоваться квантовые ключи, при расчете следующих квантовых маршрутов.After calculating the quantum route, the module for generating user keys reserves this route so that the modules for generating user keys of other nodes of the QKD network can take into account the calculated reserved route on which quantum keys will be spent when calculating the next quantum routes.

Хранение вырабатываемых квантовых ключей, как и управление выработкой квантовых ключей, производится в модулях выработки пользовательских ключей. Таким образом, упрощается управление выработкой квантовых ключей, в том числе при необходимости переключения оптических коммутаторов, так как квантовый маршрут и его резервирование на узлах сети КРК выполняется в модулях выработки пользовательских ключей, что позволяет этим модулям собирать информацию о необходимых квантовых ключах и сформировать последовательность выработки квантовых ключей с соседними узлами сети. Более того, вычисление маршрутов и последующая выработка пользовательских ключей непосредственно в модулях выработки пользовательских ключей позволяет проводить параллельные вычисление этих маршрутов для запросов, полученных на разных узлах в отличие, например, от прототипа, в котором запросы поступают в единый центр управления, который рассчитывает их последовательно.The storage of the generated quantum keys, as well as the control of the generation of quantum keys, is carried out in the modules for generating user keys. Thus, the control of the generation of quantum keys is simplified, including when it is necessary to switch optical switches, since the quantum route and its reservation at the nodes of the QKD network is performed in the modules for generating user keys, which allows these modules to collect information about the necessary quantum keys and form a generation sequence. quantum keys with neighboring network nodes. Moreover, the calculation of routes and the subsequent generation of user keys directly in the modules for generating user keys allows parallel calculation of these routes for requests received at different nodes, in contrast, for example, from a prototype, in which requests come to a single control center, which calculates them sequentially. ...

Децентрализованная система управления выработкой квантовых и пользовательских ключей повышает отказоустойчивость системы в целом, так как отказ одного узла сети КРК ведет только к невозможности реализации таких маршрутов, которые задействуют отказавший узел, не влияя на прочие маршруты. При достаточной избыточности связей отказ одного узла не повлияет на способность системы выполнять свои функции по созданию пользовательских ключей, а повлияет только на скорость выполнения этих функций.A decentralized control system for the generation of quantum and user keys increases the fault tolerance of the system as a whole, since the failure of one node of the QKD network only leads to the impossibility of implementing such routes that use the failed node without affecting other routes. With sufficient redundancy of links, the failure of one node will not affect the system's ability to perform its functions of creating custom keys, but will only affect the speed of performing these functions.

Примером достаточной избыточности связей может служить такая топология связей квантовыми линиями связи, при которой любую пару узлов сети КРК можно соединить двумя независимыми маршрутами, такими, что у них совпадают только начальный и конечный узел, а все промежуточные узлы различны.An example of sufficient redundancy of links is such a topology of links with quantum communication lines, in which any pair of QKD network nodes can be connected by two independent routes, such that they only have the same initial and final nodes, and all intermediate nodes are different.

Второй вариант системы позволяет оптимизировать некоторые сегменты сети КРК. Для этого применяются оптические коммутаторы, с помощью которых можно уменьшить количество модулей выработки квантовых ключей в одном узле сети КРК. Несколько модулей выработки квантовых ключей в узле сети КРК заменяются одним модулем выработки квантовых ключей. Этот модуль выработки квантовых ключей подключается дополнительной квантовой линией связи ко входу оптического коммутатор, а квантовые линии связи, которые соединяли данный узел сети КРК с сопряженными узлами, подключаются к выходам оптического коммутатора. То есть фактически оптический коммутатор помещается в разрыв квантовой линии связи.The second version of the system allows you to optimize some segments of the QKD network. For this, optical switches are used, with the help of which it is possible to reduce the number of modules for generating quantum keys in one node of the QKD network. Several modules for generating quantum keys in a QKD network node are replaced by one module for generating quantum keys. This module for generating quantum keys is connected by an additional quantum communication line to the input of the optical switch, and the quantum communication lines that connected this node of the QKD network with the conjugated nodes are connected to the outputs of the optical switch. That is, in fact, the optical switch is placed in the gap of the quantum communication line.

Управление оптическим коммутатором производится с того узла сети КРК, в котором была произведена замена модулей выработки квантовых ключей один модулем. Для этого оптический коммутатор соединяется служебной линией связи с модулем выработки пользовательских ключей этого узла сети КРК.The optical switch is controlled from the QKD network node in which the modules for generating quantum keys were replaced with one module. For this, the optical switch is connected by a service line with the module for generating user keys of this node of the QKD network.

На добавление оптических коммутаторов накладывается следующее ограничение. Не должно быть двух узлов сети КРК, подключенных к двум оптическим коммутаторам, встроенных в разрыв одной и той же квантовой линии связи. Данное ограничение необходимо для того, чтобы одной квантовой линией связи не управляли два узла сети КРК, а следовательно, включение конкретной квантовой линии связи определялось строго одним узлом сети КРК и было однозначно.The following limitation is imposed on adding optical switches. There should not be two QKD network nodes connected to two optical switches built into the break of the same quantum communication line. This restriction is necessary so that two nodes of the QKD network do not control one quantum communication line, and therefore, the inclusion of a particular quantum communication line was determined strictly by one node of the QKD network and was unambiguous.

Во втором варианте системы, как и в первом, возможна упрощенная реализация узла сети КРК, выполненная без модулей управления пользовательскими ключами.In the second version of the system, as in the first, a simplified implementation of the QKD network node is possible, made without modules for managing user keys.

Добавление оптических коммутаторов модифицирует способ выработки и распределения пользовательских ключей с учетом характеристик оптических коммутаторов.The addition of optical switches modifies the way custom keys are generated and distributed based on the characteristics of the optical switches.

В таком случае выработка квантовых ключей по сегментам производится последовательно по принципу разделения времени с последовательным переключением оптического коммутатора согласно полученной информации о резервировании квантового маршрута. Сначала оптический коммутатор включается в положение, организовывающее непрерывную квантовую линию связи с узлом сети КРК, предшествующим данному в зарезервированном квантовом маршруте, а после успешной выработки квантового ключа на этом сегменте оптический коммутатор включается в положение для организации квантовой линии связи с о следующим узлом в зарезервированном квантовом маршруте для выработки квантового ключа на этом сегменте квантового маршрута. Общая скорость выработки пользовательских ключей снижается, но также снижается стоимость узла сети КРК, его масса и габариты, а также суммарная длина оптоволокна, использованного для квантовых линий связи сети КРК.In this case, the generation of quantum keys by segments is carried out sequentially according to the principle of time sharing with sequential switching of the optical switch according to the received information about the reservation of the quantum route. First, the optical switch is switched on in the position that organizes a continuous quantum communication line with the QKD network node preceding this one in the reserved quantum route, and after the successful generation of the quantum key on this segment, the optical switch is switched on to the position for organizing a quantum communication line with the next node in the reserved quantum route to generate a quantum key on this segment of the quantum route. The overall speed of generating user keys decreases, but the cost of the QKD network node, its weight and dimensions, as well as the total length of the optical fiber used for quantum communication lines of the QKD network, also decrease.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

На фиг. 1 показана схема системы из 6 узлов сети КРК по первому варианту.FIG. 1 shows a diagram of a system of 6 QKD network nodes according to the first option.

На фиг. 2 показана схема системы из 6 узлов сети КРК по второму варианту с добавлением оптического коммутатора.FIG. 2 shows a diagram of a system of 6 QKD network nodes according to the second option with the addition of an optical switch.

Обозначения на фигурахFigures

1 - модуль выработки пользовательских ключей1 - module for generating custom keys

2 - модуль выработки квантовых ключей2 - module for generating quantum keys

2 (а) - модуль выработки квантовых ключей типа источник2 (a) - module for generating quantum keys of the source type

2 (б) - модуль выработки квантовых ключей типа приемник2 (b) - module for generating quantum keys of the receiver type

3 - модуль управления пользовательскими ключами3 - module for managing user keys

4 - оптический коммутатор4 - optical switch

5 - узел сети КРК5 - KKK network node

5.x, где х от 1 до 6 - узел сети КРК с номером х5.x, where x from 1 to 6 is the QKD network node with number x

6 - шифратор пользователя6 - user encoder

7 - квантовая линия связи7 - quantum communication line

8 - локальная линия связи между модулем выработки квантовых ключей и модулем выработки пользовательских ключей8 - local communication line between the module for generating quantum keys and the module for generating user keys

9 - служебная цифровая линия связи между модулем управления пользовательскими ключами узла сети КРК и шифратором пользователя.9 - service digital communication line between the module for managing user keys of the KKK network node and the user encoder.

Осуществление изобретения Implementation of the invention

Предлагаемая система, устройство и способ могут быть реализованы, например, с использованием известной однопроходной системы КРК (патент РФ №2706175) и программно-аппаратных комплексов ViPNet Coordinator HW 100 (статья по адресу https://infotecs.ru/upload/iblock/60a/ViPNet_Coordinator_HW100_web_apri_2018.pdf).The proposed system, device and method can be implemented, for example, using the well-known single-pass QKD system (RF patent No. 2706175) and ViPNet Coordinator HW 100 hardware and software systems (article at https://infotecs.ru/upload/iblock/60a /ViPNet_Coordinator_HW100_web_apri_2018.pdf).

В качестве квантовой линии связи 7 выбирается одномодовое оптоволокно типа SMF-28 допустимой длины. В качестве локальных линий связи 8, соединяющих модули выработки квантовых ключей и модули выработки пользовательских ключей, выбирается Ethernet патчкорд.A single-mode optical fiber of the SMF-28 type of admissible length is selected as the quantum communication line 7. An Ethernet patch cord is selected as the local communication lines 8 connecting the quantum key generation modules and the custom key generation modules.

Модули выработки квантовых ключей реализуются с помощью данной однопроходной системы КРК, причем с одного конца квантовой линии связи устанавливается модуль, содержащий источник одиночных фотонов (далее - модуль типа источник, 2(a)), а с другого конца - модуль, содержащий приемник одиночных фотонов (далее - модуль типа приемник, 2(б)). Модули выработки пользовательских ключей 1 реализуются с помощью программно-аппаратного комплекса ViPNet Coordinator HW100 с модифицированным ПО. Модифицированное ПО может быть составлено специалистом по программированию (программистом). Модуль управления пользовательскими ключами 3 может быть выполнен в виде дополнительного ПО, запускаемого на ViPNet Coordinator HW100.Modules for generating quantum keys are implemented using this single-pass QKD system, and at one end of the quantum communication line, a module is installed containing a source of single photons (hereinafter referred to as a source type module, 2 (a)), and at the other end, a module containing a receiver of single photons (hereinafter referred to as a receiver-type module, 2 (b)). Modules for generating custom keys 1 are implemented using the ViPNet Coordinator HW100 hardware and software complex with modified software. The modified software can be compiled by a programming specialist (programmer). User key management module 3 can be implemented as additional software that runs on ViPNet Coordinator HW100.

Приведем пример системы, состоящей из 6 узлов, соединенных квантовыми линиями связи, как показано на фиг. 1. Узел 1 состоит из модуля управления пользовательскими ключами, модуля выработки пользовательских ключей, двух модулей выработки квантовых ключей типа источник. Узел 2 состоит из модуля выработки пользовательских ключей и двух модулей выработки квантовых ключей типа приемник. Узел 3 состоит из модуля управления пользовательскими ключами, модуля выработки пользовательских ключей, трех модулей выработки квантовых ключей типа источник, одного модуля выработки квантовых ключей типа приемник. Узел 4 состоит из модуля выработки пользовательских ключей, двух модулей выработки квантовых ключей типа источник и одного модуля выработки квантовых ключей типа приемник. Узел 5 состоит из одного модуля выработки пользовательских ключей, трех модулей выработки квантовых ключей типа приемник. Узел 6 состоит из модуля управления пользовательскими ключами, модуля выработки пользовательских ключей, модуля выработки квантовых ключей типа источник и модуля выработки квантовых ключей типа приемник.Here is an example of a system of 6 nodes connected by quantum communication lines, as shown in FIG. 1. Node 1 consists of a module for managing user keys, a module for generating user keys, and two modules for generating quantum keys of the source type. Node 2 consists of a module for generating user keys and two modules for generating quantum keys of the receiver type. Node 3 consists of a user key management module, a user key generation module, three source-type quantum keys generation modules, and one receiver-type quantum key generation module. Node 4 consists of a module for generating user keys, two modules for generating quantum keys of the source type and one module for generating quantum keys of the type receiver. Node 5 consists of one module for generating user keys, three modules for generating quantum keys of the receiver type. Node 6 consists of a user key management unit, a user key generation unit, a source type quantum key generation unit, and a receiver type quantum key generation unit.

Для осуществления способа выполняют следующие действия:To implement the method, the following actions are performed:

Выбирают порядок передачи квантового пользовательского ключа, например, согласно известному способу по патенту РФ №2708511.The order of transmission of the quantum user key is selected, for example, according to the known method according to the patent of the Russian Federation No. 2708511.

Выбирают порядок передачи классического пользовательского ключа, например, путем предварительной загрузки классических пользовательских ключей доверенным курьером без дальнейшей передачи.The order of transmission of the classic user key is selected, for example, by preloading the classic user keys by a trusted courier without further transmission.

Выбирают порядок объединения квантового пользовательского ключа и классического пользовательского ключа, например, путем побитового сложения (с использованием операции исключающее ИЛИ (XOR)) квантового пользовательского ключа и классического пользовательского ключа.The order of combining the quantum user key and the classical user key is selected, for example, by bitwise addition (using the XOR operation) of the quantum user key and the classical user key.

Загружают предварительные ключи K1_2, K1_3, K1_4, K1_5, K1_6 в модуль выработки пользовательских ключей узла 1, ключи K1_2, K2_3, K2_4, K2_5, K2_6 в модуль выработки пользовательских ключей узла 2, ключи K1_3, K2_3, K3_4, K3_5, K3_6 в модуль выработки пользовательских ключей узла 3, ключи K1_4, K2_4, K3_4, K4_5, K4_6 в модуль выработки пользовательских ключей узла 4, ключи K1_5, K2_5, K3_5, K4_5, K5_6 в модуль выработки пользовательских ключей узла 5, ключи K1_6, K2_6, K3_6, K4_6, K5_6 в модуль выработки пользовательских ключей узла 6.Pre-keys K1_2, K1_3, K1_4, K1_5, K1_6 are loaded into the module for generating user keys of node 1, keys K1_2, K2_3, K2_4, K2_5, K2_6 into the module for generating user keys of node 2, keys K1_3, K2_3, K3_4, K3_5, K3 for generating user keys of node 3, keys K1_4, K2_4, K3_4, K4_5, K4_6 to the module for generating user keys of node 4, keys K1_5, K2_5, K3_5, K4_5, K5_6 to the module for generating user keys of node 5, keys K1_6, K2_6, K3_6, K4 , K5_6 to the module for generating custom keys of node 6.

Загружают в модули выработки пользовательских ключей идентификационную информацию. Например, в качестве такой информации может использоваться идентификатор узла системы и его IP адрес. Пусть идентификатора узла принимает значение ID_i для i-го узла, где i - номер узла. В узел 1 загружают ID_1, ID_2, ID_4. В узел 2 загружают ID_1, ID_2, ID_3. В узел 3 загружают ID_2, ID_3, ID_4, ID_5, ID_6. В узел 4 загружают ID_1, ID_3, ID_4, ID_5. В узел 5 загружают ID_3, ID_4, ID_5, ID_6. В узел 6 загружают ID_3, ID_5, ID_6.The identification information is loaded into the modules for generating user keys. For example, the identifier of the system node and its IP address can be used as such information. Let the node identifier take the value ID_i for the i-th node, where i is the node number. Node 1 is loaded with ID_1, ID_2, ID_4. Node 2 is loaded with ID_1, ID_2, ID_3. Node 3 is loaded with ID_2, ID_3, ID_4, ID_5, ID_6. Node 4 is loaded with ID_1, ID_3, ID_4, ID_5. Node 5 is loaded with ID_3, ID_4, ID_5, ID_6. Node 6 is loaded with ID_3, ID_5, ID_6.

Загружают в модуль управления пользовательскими ключами информацию о подключенных шифраторах пользователей системы. Например, к узлу 1 подключают шифратор с идентификатором ID_E_1, а к узлу 6 подключают шифратор с идентификатором ID_E_2. В качестве шифратора пользователя может использоваться, например, программно-аппаратный комплекс ViPNet L2 10G (статья по адресу https://infotecs.ru/about/press-centr/news/infoteks-i-eci-telecom-proveli-ispytaniya-na-sovmestimost-svoikh-produktov.html).The information about the connected encryptors of the system users is loaded into the user key management module. For example, an encryptor with the ID_E_1 identifier is connected to node 1, and an encryptor with the ID_E_2 identifier is connected to node 6. For example, the ViPNet L2 10G hardware and software complex can be used as a user encryption device (article at https://infotecs.ru/about/press-centr/news/infoteks-i-eci-telecom-proveli-ispytaniya-na- sovmestimost-svoikh-produktov.html).

Модуль управления пользовательскими ключами передает модулям управления пользовательскими ключами других узлов информации о подключенных шифраторах пользователей 6. Тогда модуль управления пользовательскими ключами узла 1 отправляет в модуль управления пользовательскими ключами узлов 3 и 6 информацию вида {ID_1, ID_E_1}. Аналогично модуль управления пользовательскими ключами узла 6 отправляет в адрес модулей управления пользовательскими ключами узлов 1 и 3 информацию вида {ID_6, ID_E_2}.The user key management module transmits information about the connected user encryptors 6 to the user key management modules of other nodes. Then, the user key management module of node 1 sends information of the form {ID_1, ID_E_1} to the user key management module of nodes 3 and 6. Similarly, the user key management module of node 6 sends information of the form {ID_6, ID_E_2} to the address of the user key management modules of nodes 1 and 3.

Модули управления пользовательскими ключами принимают переданную информацию. После этого каждый модуль управления пользовательскими ключами объединяет ее в общую базу данных подключенных шифраторов, которая может быть представлена в виде упорядоченной структуры, например, таблицы. Общая база данных подключенных шифраторов пользователей на каждом узле будет иметь вид, представленный ниже в табл. 1.The user key management modules receive the transmitted information. After that, each module for managing user keys combines it into a common database of connected encryptors, which can be represented in the form of an ordered structure, for example, a table. The general database of connected user encryptors at each node will have the form shown below in table. 1.

Figure 00000026
Figure 00000026

Модули выработки пользовательских ключей каждого узла передают в модули выработки пользовательских ключей всех других узлов информацию о соседних узлах. Для узла 1 соседними являются узлы 2 и 4. Для узла 2 - узлы 1 и 3. Для узла 3 - узлы 2, 4, 5, 6. Для узла 4 - узлы 1, 3,5. Для узла 5 - узлы 3, 4, 6. Для узла 6 - узлы 3, 5. В качестве информации о соседних узлах может использоваться, например, идентификаторы соседних узлов. Тогда Узел 1 рассылает информацию вида {ID_1; ID_2, ID_4}, Узел 2 - {ID_2; ID_1, ID_3}, Узел 3 - {ID_3; ID_2, ID_4, ID_5, ID_6} и т.д.Modules for generating user keys of each node transmit information about neighboring nodes to modules for generating user keys of all other nodes. For node 1, nodes 2 and 4 are adjacent. For node 2, nodes 1 and 3. For node 3, nodes 2, 4, 5, 6. For node 4, nodes 1, 3.5. For node 5 - nodes 3, 4, 6. For node 6 - nodes 3, 5. For example, identifiers of neighboring nodes can be used as information about neighboring nodes. Then Node 1 sends information of the form {ID_1; ID_2, ID_4}, Node 2 - {ID_2; ID_1, ID_3}, Node 3 - {ID_3; ID_2, ID_4, ID_5, ID_6} etc.

Модули выработки пользовательских ключей принимают переданную информацию и формируют на основе нее топологию сети КРК. Такая топология сети КРК может быть представлена, например, в виде табл. 2.Modules for generating user keys receive the transmitted information and form, on the basis of it, the QKD network topology. Such a topology of the QKD network can be represented, for example, in the form of a table. 2.

Figure 00000027
Figure 00000027

Пусть пользовательский ключ запрошен шифратором с идентификатором ID_E_1 для связи с шифратором с идентификатором ID_E_2.Let the user key be requested by the encryptor with the ID_E_1 identifier to communicate with the encryptor with the ID_E_2 identifier.

Шифратор с идентификатором ID_E_1 отправляет запрос пользовательского ключа в модуль управления пользовательскими ключами узла 1, указывая в запросе идентификатор целевого шифратора ID_E_2.The encryptor with the identifier ID_E_1 sends a request for the user key to the user key management module of the node 1, indicating in the request the identifier of the target encryptor ID_E_2.

Модуль управления пользовательскими ключами узла 1 по общей базе данных подключенных шифраторов пользователей (таблице 1) определяет узел сети, соответствующий шифратору с идентификатором ID_E_2, т.е. узел 6 с идентификатором ID_6.The module for managing user keys of node 1 according to the common database of connected user encryptors (Table 1) determines the network node corresponding to the encryptor with the ID_E_2 identifier, i.e. node 6 with identifier ID_6.

Модуль управления пользовательскими ключами формирует запрос пользовательского ключа к модулю выработки пользовательских ключей с указанием текущего и целевого узла сети {ID_1, ID_6}. Сформированный запрос передается в модуль выработки пользовательских ключей узла 1.The user key management module generates a user key request to the user key generation module indicating the current and target network node {ID_1, ID_6}. The generated request is transmitted to the module for generating user keys of node 1.

Модуль выработки пользовательских ключей принимает запрос от модуля управления пользовательскими ключами и начинает определение квантового маршрута. Первым идентификатором в квантовом маршруте становится ID_1, последним - ID_6. Далее по таблице топологии сети КРК (таблице 2) определяются остальные идентификаторы маршрута. Квантовый маршрут получается, например, {ID_1, ID_4, ID_3, ID_6}. Этому квантовому маршруту соответствуют узлы 1, 4, 3, 6.The user key generation module receives a request from the user key management module and starts determining the quantum route. The first identifier in the quantum route is ID_1, the last is ID_6. Further, according to the QKD network topology table (Table 2), the remaining route identifiers are determined. The quantum route is obtained, for example, {ID_1, ID_4, ID_3, ID_6}. Nodes 1, 4, 3, 6 correspond to this quantum route.

Модуль выработки пользовательских ключей узла 1 передает сообщение о резервировании маршрута для выработки пользовательского ключа между узлами 1 и 6 в модули выработки пользовательских ключей узлов 4, 3, 6.The module for generating user keys of node 1 transmits a message on the reservation of the route for generating a user key between nodes 1 and 6 to the modules for generating user keys of nodes 4, 3, 6.

Модуль выработки пользовательских ключей узла 1 передает запрос выработки квантового ключа в модуль выработки квантового ключа, соединенного квантового линией связи с модулем выработки квантового ключа узла 4. Модуль выработки пользовательских ключей узла 4 передает запрос выработки квантового ключа в модуль выработки квантового ключа, соединенного квантового линией связи с модулем выработки квантового ключа узла 1, и в модуль выработки квантового ключа, соединенного квантового линией связи с модулем выработки квантового ключа узла 3. Модуль выработки пользовательских ключей узла 3 передает запрос выработки квантового ключа в модуль выработки квантового ключа, соединенного квантового линией связи с модулем выработки квантового ключа узла 4, и в модуль выработки квантового ключа, соединенного квантового линией связи с модулем выработки квантового ключа узла 6. Модуль выработки пользовательских ключей узла 6 передает запрос выработки квантового ключа в модуль выработки квантового ключа, соединенного квантового линией связи с модулем выработки квантового ключа узла 3.The user key generation unit of node 1 transmits a quantum key generation request to a quantum key generation unit connected by a quantum line to the quantum key generation unit of node 4. The user key generation unit of node 4 transmits a quantum key generation request to a quantum key generation unit connected by a quantum communication line with the module for generating a quantum key of node 1, and in a module for generating a quantum key connected by a quantum line with the module for generating a quantum key of node 3. The module for generating user keys of node 3 transmits a request for generating a quantum key to a module for generating a quantum key connected by a quantum communication line with the module generating a quantum key of node 4, and to a quantum key generating module connected by a quantum communication line with a quantum key generating module of node 6. The user keys generating module of node 6 transmits a request for generating a quantum key to a quantum key generating module, connected by a quantum communication line with the module for generating a quantum key of node 3.

Модули выработки квантового ключа, получившие запрос выработки квантового ключа, с помощью выбранного протокола КРК формируют квантовые ключи: ключ QK1 в модулях выработки квантовых ключей узлов 1 и 4, соединенных квантовой линией связи, ключ QK2 в модулях выработки квантовых ключей узлов 4 и 3, соединенных квантовой линией связи, ключ QK3 в модулях выработки квантовых ключей узлов 3 и 6.The modules for generating a quantum key that have received a request for generating a quantum key, using the selected QKD protocol, generate quantum keys: key QK1 in the modules for generating quantum keys of nodes 1 and 4, connected by a quantum communication line, key QK2 in modules for generating quantum keys of nodes 4 and 3, connected quantum communication line, the QK3 key in the modules for generating quantum keys of nodes 3 and 6.

Выработанные квантовые ключи передаются в модули выработки пользовательских ключей соответствующих узлов и помещаются в хранилище квантовых ключей, т.е. ключ QK1 помещается в хранилище квантовых ключей модулей выработки пользовательских ключей узлов 1 и 4, ключ QK2 в хранилище узлов 4 и 3, ключ QK3 в хранилище узлов 3 и 6.The generated quantum keys are transferred to the modules for generating user keys of the corresponding nodes and placed in the quantum key storage, i.e. the QK1 key is placed in the storage of quantum keys of the modules for generating user keys of nodes 1 and 4, the QK2 key in the storage of nodes 4 and 3, and the QK3 key in the storage of nodes 3 and 6.

Запрашивают случайное число в модуле выработки пользовательских ключей от модуля выработки квантовых ключей узла 1.A random number is requested from the module for generating user keys from the module for generating quantum keys of node 1.

Вырабатывают запрошенное случайное число с помощью генератора случайных чисел модуля выработки квантовых ключей.The requested random number is generated using the random number generator of the quantum key generating unit.

Передают выработанное случайное число от модуля выработки квантовых ключей в модуль выработки пользовательских ключей узла 1.The generated random number is transferred from the quantum key generation unit to the user key generation unit of node 1.

С помощью ключей QK1, QK2, QK3 передают полученное случайное число в узел 6 с помощью выбранного способа.Using the keys QK1, QK2, QK3, the received random number is transmitted to node 6 using the selected method.

Назначают в узлах 1 и 6 данное случайное число квантовым пользовательским ключом KQ.The given random number is assigned in nodes 1 and 6 with a quantum user key KQ.

Назначают, согласно выбранному способу выработки классического пользовательского ключа, предраспределенный ключ K1_6 классическим пользовательским ключом KС.Assign, according to the selected method for generating the classic user key, the pre-allocated key K1_6 with the classic user key KC.

Вырабатывают в узле 1 и в узле 6 пользовательский ключ K согласно выбранному способу объединения квантового пользовательского ключа и классического пользовательского ключа, т.е. K=KQ ⊕ KС, где ⊕ - операция XOR (исключающее ИЛИ).A user key K is generated at node 1 and at node 6 according to the selected method of combining a quantum user key and a classical user key, i.e. K = KQ ⊕ KС, where ⊕ is the XOR operation (exclusive OR).

Передают выработанный пользовательский ключ K из модулей выработки пользовательских ключей узлов 1 и 6 в модули управления пользовательскими ключами узлов 1 и 6 и сохраняют в хранилище пользовательских ключей узлов 1 и 6 соответственно.The generated user key K is transmitted from the modules for generating user keys of nodes 1 and 6 to the modules for managing user keys of nodes 1 and 6 and is stored in the storage of user keys of nodes 1 and 6, respectively.

Передают пользовательский ключ K из хранилища пользовательских ключей узла 1 в шифратор с идентификатором ID_Е_1 и из хранилища пользовательских ключей узла 6 в шифратор с идентификатором ID_E_2.The user key K is transferred from the storage of user keys of node 1 to the encryptor with the identifier ID_E_1 and from the storage of user keys of the node 6 to the encryptor with the identifier ID_E_2.

Реализовать действия предложенного способа в составе программы или функции может специалист в области программирования (программист).A specialist in the field of programming (programmer) can implement the actions of the proposed method as part of a program or function.

Для реализации второго варианта системы дополнительно устанавливают оптический коммутатор, например, реализованный на базе оптического переключателя Sercalo sw1x4 (статья по адресу http://www.shs-systems.ru/catalog/ sercalo/SW/).To implement the second version of the system, an optical switch is additionally installed, for example, implemented on the basis of the Sercalo sw1x4 optical switch (article at http://www.shs-systems.ru/catalog/sercalo / SW /).

Приведем пример системы, состоящей из 6 узлов и соединенной квантовыми линиями связи, как показано на фиг. 2. Состав узлов 1, 2, 3, 4, 6 соответствует составу узлов системы по первому варианту. Узел 5 в составе содержит только один модуль выработки квантовых ключей типа приемник, соединенный квантовой линий связи со входом оптического коммутатора. Выходы оптического коммутатора соединены квантовыми линиями связи с модулями выработки квантовых ключей типа источник узлов 3, 4, 6.Here is an example of a 6-node system connected by quantum communication lines, as shown in FIG. 2. The composition of nodes 1, 2, 3, 4, 6 corresponds to the composition of the system nodes according to the first option. Node 5 in the composition contains only one module for generating quantum keys of the receiver type, connected to the quantum communication lines with the input of the optical switch. The outputs of the optical switch are connected by quantum communication lines with modules for generating quantum keys of the type source of nodes 3, 4, 6.

Осуществление способа по второму варианту совпадает с осуществлением способа по первому варианту до шага определения квантового маршрута.The implementation of the method according to the second embodiment coincides with the implementation of the method according to the first embodiment up to the step of determining the quantum route.

Пусть был определен квантовый маршрут {ID_1, ID_4, ID_5, ID_6}. Этому квантовому маршруту соответствуют узлы 1, 4, 5, 6.Let the quantum route {ID_1, ID_4, ID_5, ID_6} be defined. Nodes 1, 4, 5, 6 correspond to this quantum route.

Модуль выработки пользовательских ключей узла 1 передает сообщение о резервировании маршрута для выработки пользовательского ключа между узлами 1 и 6 в модули выработки пользовательских ключей узлов 4, 5, 6.The module for generating user keys of node 1 transmits a route reservation message for generating a user key between nodes 1 and 6 to the modules for generating user keys of nodes 4, 5, 6.

Модуль выработки пользовательских ключей узла 1 передает запрос выработки квантового ключа в модуль выработки квантового ключа, соединенного квантового линией связи с модулем выработки квантового ключа узла 4. Модуль выработки пользовательских ключей узла 4 передает запрос выработки квантового ключа в модуль выработки квантового ключа, соединенного квантового линией связи с модулем выработки квантового ключа узла 1, и в модуль выработки квантового ключа, соединенного квантового линией связи с модулем выработки квантового ключа узла 5. Модуль выработки пользовательских ключей узла 5 переключает коммутацию оптического коммутатора со входа на выход, соответствующий квантовой линией связи к узлу 4, затем передает запрос выработки квантового ключа в модуль выработки квантового ключа, соединенного квантового линией связи с модулем выработки квантового ключа узла 4. Модули выработки квантового ключа, получившие запрос выработки квантового ключа, с помощью выбранного протокола КРК формируют квантовые ключи: ключ QK1 в модулях выработки квантовых ключей узлов 1 и 4, соединенных квантовой линией связи, ключ QK2 в модулях выработки квантовых ключей узлов 4 и 5. Модуль выработки пользовательских ключей переключает коммутацию оптического коммутатора со входа на выход, соответствующий квантовой линией связи к узлу 6, затем передает запрос выработки квантового ключа в модуль выработки квантового ключа, соединенного квантового линией связи с модулем выработки квантового ключа узла 6. Модуль выработки пользовательских ключей узла 6 передает запрос выработки квантового ключа в модуль выработки квантового ключа, соединенного квантового линией связи с модулем выработки квантового ключа узла 5.The user key generation unit of node 1 transmits a quantum key generation request to a quantum key generation unit connected by a quantum line to the quantum key generation unit of node 4. The user key generation unit of node 4 transmits a quantum key generation request to a quantum key generation unit connected by a quantum communication line with the module for generating a quantum key of node 1, and into a module for generating a quantum key connected by a quantum communication line with the module for generating a quantum key of node 5. The module for generating user keys of node 5 switches the switching of the optical switch from input to output corresponding to the quantum communication line to node 4, then transmits a request for generating a quantum key to a quantum key generation module connected by a quantum communication line with a quantum key generation module of node 4. The quantum key generation modules, which have received a quantum key generation request, use the selected QKD protocol to form a quantum Antique keys: key QK1 in the quantum key generation modules of nodes 1 and 4, connected by a quantum communication line, QK2 key in the quantum key generation modules of nodes 4 and 5. The user key generation module switches the switching of the optical switch from input to output corresponding to the quantum communication line to node 6, then transmits a quantum key generation request to a quantum key generation module connected by a quantum communication line to a quantum key generation module of node 6. The user key generation module of node 6 transmits a quantum key generation request to a quantum key generation module connected by a quantum communication line to the module generating the quantum key of node 5.

Модули выработки квантового ключа, получившие запрос выработки квантового ключа, с помощью выбранного протокола КРК формируют квантовые ключи: ключ QK3 в модулях выработки квантовых ключей узлов 5 и 6.The modules for generating a quantum key that have received a request for generating a quantum key, using the selected QKD protocol, generate quantum keys: the QK3 key in the modules for generating quantum keys of nodes 5 and 6.

Выработанные квантовые ключи передаются в модули выработки пользовательских ключей соответствующих узлов и помещаются в хранилище квантовых ключей, т.е. ключ QK1 помещается в хранилище квантовых ключей модулей выработки пользовательских ключей узлов 1 и 4, ключ QK2 в хранилище узлов 4 и 5, ключ QK3 в хранилище узлов 5 и 6.The generated quantum keys are transferred to the modules for generating user keys of the corresponding nodes and placed in the quantum key storage, i.e. the QK1 key is placed in the storage of quantum keys of the modules for generating user keys of nodes 1 and 4, the QK2 key in the storage of nodes 4 and 5, and the QK3 key in the storage of nodes 5 and 6.

Затем формируют пользовательский ключ и завершают выполнение способа аналогично способу по первому варианту.Then, a user key is generated and the execution of the method is completed in the same way as in the first embodiment.

Claims (138)

1. Система выработки и распределения ключей, включающая1. The system for generating and distributing keys, including множество узлов сети выработки и квантового распределения ключей (узлы сети КРК), причемset of network nodes for the generation and quantum distribution of keys (nodes of the QKD network), and узлы сети КРК соединены квантовыми линиями связи так, что граф, отображающий связи квантовыми линиями, является связным;the nodes of the QKD network are connected by quantum communication lines so that the graph displaying the connections by quantum lines is connected; узлы сети КРК соединены классической линией связи с цифровой сетью передачи данных;KKK network nodes are connected by a classical communication line with a digital data transmission network; причем к каждому узлу сети КРК присоединено, по крайней мере, две квантовые линии связи;moreover, at least two quantum communication lines are connected to each node of the QKD network; при этом каждый узел сети КРК включаетin this case, each node of the QKD network includes модуль выработки пользовательских ключей,module for generating custom keys, модуль управления пользовательскими ключами,user key management module, по крайней мере, два модуля выработки квантовых ключей;at least two modules for generating quantum keys; причемmoreover каждый модуль выработки квантовых ключей связан с модулем выработки пользовательских ключей локальной цифровой линией передачи данных;each module for generating quantum keys is connected to the module for generating user keys by a local digital data line; модуль выработки пользовательских ключей соединен с модулем управления пользовательскими ключами локальной цифровой линией передачи данных;the module for generating user keys is connected to the module for managing user keys by a local digital data line; при этом каждый модуль выработки квантовых ключей выполнен с возможностью вырабатывать квантовые ключи совместно с другим модулем выработки квантовых ключей, соединенным с данным квантовой линией связи; генерировать случайные числа;wherein each quantum key generation module is configured to generate quantum keys together with another quantum key generation module connected to the given quantum communication line; generate random numbers; получать запросы на выработку квантового ключа от модуля выработки пользовательских ключей;receive requests to generate a quantum key from the user key generation module; передавать вырабатываемые квантовые ключи в модули выработки пользовательских ключей;transfer the generated quantum keys to the modules for generating user keys; передавать/получать служебные данные протокола КРК от модуля выработки пользовательских ключей; при этом модуль выработки пользовательских ключей выполнен с возможностью создавать запросы на выработку квантового ключа в модули выработки квантовых ключей;transmit / receive service data of the QKD protocol from the module for generating user keys; the module for generating user keys is configured to generate requests for generating a quantum key to the modules for generating quantum keys; получать квантовые ключи от модулей выработки квантовых ключей согласно переданным запросам;receive quantum keys from the modules for generating quantum keys according to the transmitted requests; хранить квантовые ключи в хранилище квантовых ключей;store quantum keys in a quantum key store; зашифровывать данные;encrypt data; расшифровывать данные;decrypt data; аутентифицировать данные;authenticate data; проверять аутентификацию данных;check data authentication; определять топологию сети КРК;determine the topology of the QKD network; определять квантовый маршрут для выработки пользовательских ключей; вырабатывать пользовательские ключи совместно с модулями выработки пользовательских ключей других узлов сети КРК на квантовом маршруте; получать запросы на выработку пользовательских ключей от модулей управления пользовательскими ключами;define a quantum route for generating user keys; generate user keys together with modules for generating user keys of other nodes of the QKD network on a quantum route; receive requests to generate custom keys from custom key management modules; передавать пользовательские ключи в модули управления пользовательскими ключами;transfer custom keys to custom key management modules; при этом модуль управления пользовательскими ключами выполнен с возможностью подключать шифраторы пользователей с помощью цифровой сети передачи данных;wherein the user key management module is configured to connect user encryptors using a digital data transmission network; хранить пользовательские ключи в хранилище пользовательских ключей;store custom keys in a custom key store; определять совместно с модулями управления пользовательскими ключами других узлов сети КРК соответствие узла сети КРК и подключенных к ним шифраторов пользователей;determine, together with the modules for managing user keys of other nodes of the QKD network, the correspondence of the network node of the QKD and the user encoders connected to them; формировать общую базу данных подключенных шифраторов пользователей, содержащую соответствие узлов сети КРК и подключенных к ним шифраторов пользователей;form a common database of connected user encryptors, containing the correspondence between the QKD network nodes and the user encryptors connected to them; формировать запросы на выработку пользовательского ключа в модули выработки пользовательских ключей;generate requests for the generation of a user key into the modules for the generation of user keys; получать пользовательские ключи от модулей выработки пользовательских ключей согласно переданным запросам.receive custom keys from custom key generation modules according to the transmitted requests. 2. Способ выработки и распределения пользовательских ключей в системе заключающийся в том, что2. A method for generating and distributing user keys in the system, which consists in the fact that выбирают порядок выработки квантового пользовательского ключа;select the order of generating the quantum user key; выбирают порядок выработки классического пользовательского ключа;select the order of generating the classic user key; выбирают порядок объединения квантового пользовательского ключа и классического пользовательского ключа;selecting the order of combining the quantum user key and the classical user key; загружают предварительные ключи в модули выработки пользовательских ключей узлов сети КРК, причем в каждый модуль выработки пользовательских ключей загружается N-1 ключ, где N - число узлов сети КРК;pre-keys are loaded into modules for generating user keys of the QKD network nodes, and N-1 key is loaded into each module for generating user keys, where N is the number of network nodes of the QKD; загружают в модуль выработки пользовательских ключей каждого узла сети КРК идентификационную информацию для связи с другими узлами сети КРК, которые соединены квантовой линией связи с данным узлом сети КРК;loading into the module for generating user keys of each QKD network node identification information for communication with other QKD network nodes, which are connected by a quantum communication line with this QKD network node; загружают в каждый модуль управления пользовательскими ключами идентификационную информацию подключенных к ним шифраторов пользователей;loading into each user key management module the identification information of the user encryptors connected to them; передают из модуля управления пользовательскими ключами каждого узла сети КРК в модули управления пользовательскими ключами всех остальных узлов сети КРК данные о подключенных шифраторах пользователей;transmitting from the module for managing user keys of each node of the QKD network to the modules for managing user keys of all other nodes of the network of the QKD data on the connected user encryptors; получают в модуле управления пользовательскими ключами каждого узла сети КРК переданную информацию о подключенных шифраторах пользователей и записывают ее в общую базу данных подключенных шифраторов пользователей;receive in the module for managing user keys of each node of the QKD network the transmitted information about the connected user encryptors and write it into a common database of connected user encryptors; передают из модуля выработки пользовательских ключей каждого узла сети КРК в модули выработки пользовательских ключей остальных узлов сети КРК идентификационную информацию всех соседних с ним узлов сети КРК, получают в модуле выработки пользовательских ключей каждого узла сети КРК переданную ему идентификационную информацию соседних узлов и на ее основе формируют топологию сети КРК;the identification information of all neighboring QKD network nodes is transmitted from the module for generating user keys of each node of the QKK network to the modules for generating user keys of the remaining nodes of the QKK network; QKD network topology; получают запрос пользовательского ключа от шифратора пользователя, подключенного к модулю управления пользовательскими ключами узла сети КРК, причем запрос включает идентификационную информацию шифратора пользователя, для связи с которым необходим пользовательский ключ;receiving a request for a user key from a user encryptor connected to a user key management module of a KKK network node, the request including identification information of a user encryptor for communication with which a user key is required; определяют из общей базы данных подключенных шифраторов пользователей узел сети КРК, к которому подключен шифратор пользователя, для связи с которым необходим пользовательский ключ;determine from the common database of connected user encryptors the node of the QKD network to which the user encryptor is connected, for communication with which a user key is required; формируют в модуле управления пользовательскими ключами узла сети КРК запрос пользовательского ключа с указанием идентификационной информации текущего узла сети КРК и узла сети КРК, определенного по общей базе данных подключенных шифраторов пользователей;form in the module for managing user keys of the KKK network node a request for a user key indicating the identification information of the current KKK network node and the KKK network node, determined from the common database of connected user encryptors; передают сформированный запрос пользовательского ключа из модуля управления пользовательскими ключами в модуль выработки пользовательских ключей узла сети КРК;transmitting the generated user key request from the user key management module to the user key generation module of the KKK network node; принимают в модуле выработки пользовательских ключей запрос пользовательского ключа от модуля управления пользовательскими ключами; определяют последовательность узлов сети КРК (квантовый маршрут) и количество k узлов в квантовом маршруте от узла сети КРК, получившего запрос пользовательского ключа, до узла сети КРК, указанного в запросе пользовательского ключа, с помощью топологии сети КРК;receiving, in the user key generation module, a request for a user key from the user key management module; determining the sequence of QKD network nodes (quantum route) and the number k of nodes in the quantum route from the QKD network node receiving the user key request to the QKD network node indicated in the user key request using the QKD network topology; резервируют квантовый маршрут, передавая из модуля выработки пользовательских ключей узла сети КРК, получившего запрос пользовательского ключа, в модули выработки пользовательских ключей узлов сети КРК, с идентификаторами, соответствующими остальным идентификаторам узлов сети КРК в квантовом маршруте, сообщения о резервировании квантового маршрута; вычисляют i=1;reserve the quantum route, transmitting from the module for generating user keys of the QKD network node, which received the user key request, to the modules for generating user keys of the network nodes of the QKD, with identifiers corresponding to the remaining identifiers of the QKD network nodes in the quantum route, messages on the reservation of the quantum route; calculate i = 1; (А) посылают запрос выработки квантового ключа из модуля выработки пользовательских ключей в модуль выработки квантовых ключей i-го узла зарезервированного квантового маршрута и из модуля выработки пользовательских ключей в модуль выработки квантовых ключей (i+1)-го узла зарезервированного квантового маршрута, причем если i-й узел сети КРК имеет несколько модулей выработки квантового ключа, то посылают запрос в модуль выработки квантовых ключей, соединенный квантовой линией связи с (i+1)-м узлом сети КРК; если (i+1)-й узел сети КРК имеет несколько модулей выработки квантового ключа, то посылают запрос в модуль выработки квантовых ключей, соединенный квантовой линией связи с i-м узлом сети КРК;(A) sending a quantum key generation request from the user key generation unit to the quantum key generation unit of the ith node of the reserved quantum route and from the user key generation unit to the quantum key generation unit of the (i + 1) th node of the reserved quantum route, and if The i-th node of the QKD network has several modules for generating a quantum key, then a request is sent to the module for generating quantum keys connected by a quantum communication line with the (i + 1) th node of the QKD network; if the (i + 1) th node of the QKD network has several modules for generating a quantum key, then sending a request to the module for generating quantum keys connected by a quantum communication line with the i-th node of the QKD network; вырабатывают квантовый ключ в модулях выработки квантового ключа i-го и (i+1)-го узлов сети КРК;generate a quantum key in the modules for generating a quantum key of the i-th and (i + 1) -th nodes of the QKD network; передают полученный квантовый ключ из модуля выработки квантового ключа в модуль выработки пользовательских ключей на i-м и (i+1)-м узле сети КРК;transmitting the obtained quantum key from the quantum key generation unit to the user key generation unit at the i-th and (i + 1) -th node of the QKD network; помещают полученный квантовый ключ в хранилища квантовых ключей модулей выработки пользовательских ключей i-го и (i+1)-го узлов сети КРК;place the obtained quantum key in the storage of quantum keys of the modules for generating user keys of the i-th and (i + 1) -th nodes of the QKD network; если i<k-1, тоif i <k-1, then вычисляют i=i+1,calculate i = i + 1, переходят к этапу А; запрашивают случайное число в модуле выработки пользовательских ключей от модуля выработки квантовых ключей узла сети КРК с идентификатором, соответствующим первому узлу сети КРК зарезервированного квантового маршрута;go to stage A; requesting a random number in the module for generating user keys from the module for generating quantum keys of the QKD network node with an identifier corresponding to the first QKD network node of the reserved quantum route; вырабатывают запрошенное случайное число с помощью генератора случайных чисел модуля выработки квантовых ключей;generate the requested random number using the random number generator of the quantum key generating unit; передают выработанное случайное число из модуля выработки квантовых ключей в модуль выработки пользовательских ключей узла сети КРК с идентификатором, соответствующим первому узлу зарезервированного квантового маршрута;transmitting the generated random number from the module for generating quantum keys to the module for generating user keys of the QKD network node with an identifier corresponding to the first node of the reserved quantum route; вырабатывают на первом и последнем узле сети КРК зарезервированного квантового маршрута квантовый пользовательский ключ с помощью случайного числа в модуле выработки пользовательских ключей первого узла сети КРК и квантовых ключей в хранилищах квантовых ключей узлов сети КРК, входящих в зарезервированный квантовый маршрут, согласно выбранному порядку выработки квантового пользовательского ключа;a quantum user key is generated at the first and last QKD network node of the reserved quantum route using a random number in the module for generating user keys of the first QKD network node and quantum keys in the quantum key storages of the QKD network nodes included in the reserved quantum route, according to the selected order of generation of the quantum user key; вырабатывают классический пользовательский ключ в первом и последнем узле сети КРК зарезервированного квантового маршрута в модулях выработки пользовательских ключей с использованием предварительных ключей согласно выбранному порядку выработки классического пользовательского ключа;generate a classic user key in the first and last QKD network node of the reserved quantum route in the user key generation units using pre-key keys according to the selected order of generation of the classic user key; вырабатывают в модулях выработки пользовательских ключей первого и последнего узлов сети КРК зарезервированного квантового маршрута пользовательский ключ с использованием квантового пользовательского ключа и классического пользовательского ключа согласно выбранному порядку объединения квантового пользовательского ключа и классического пользовательского ключа;generating a user key using a quantum user key and a classical user key in the user key generation units of the first and last QKD network nodes of the reserved quantum route using the quantum user key and the classical user key according to the selected order of combining the quantum user key and the classical user key; передают выработанный пользовательский ключ из модуля выработки пользовательского ключа первого и последнего узлов сети КРК зарезервированного квантового маршрута в модули управления пользовательскими ключами первого и последнего узлов сети КРК зарезервированного квантового маршрута;transmitting the generated user key from the user key generation unit of the first and last QKD network nodes of the reserved quantum route to the user key management modules of the first and last QKD network nodes of the reserved quantum route; сохраняют в хранилище пользовательских ключей модуля управления пользовательскими ключами узла сети КРК полученный пользовательский ключ; передают пользовательский ключ из хранилища пользовательских ключей модуля управления пользовательскими ключами узла сети КРК в шифратор пользователя, запросивший пользовательский ключ.storing the obtained user key in the user key storage of the user key management module of the QKK network node; transferring the user key from the user key storage of the user key management module of the KKK network node to the user encryptor requesting the user key. 3. Способ выработки и распределения пользовательских ключей по п. 2, в котором определяют в модулях выработки пользовательских ключей и передают другим модулям выработки пользовательских ключей топологические метрики сети КРК, которыми дополняют топологию сети КРК, причем топологические метрики включают 3. The method for generating and distributing user keys according to claim 2, in which topological metrics of the QKD network are determined in the modules for generating user keys and transmitted to other modules for generating user keys, which complement the topology of the QKD network, and the topological metrics include количество квантовых ключей в хранилище квантовых ключей; скорость выработки квантовых ключей с соседними узлами сети КРК; скорость расходования и количество квантовых ключей на зарезервированных квантовых маршрутах;the number of quantum keys in the quantum key store; the rate of generation of quantum keys with neighboring nodes of the QKD network; the rate of expenditure and the number of quantum keys on the reserved quantum routes; при определении квантового маршрута модули выработки пользовательских ключей учитывают топологические метрики, которыми дополнена топология сети КРК;when determining the quantum route, the modules for generating user keys take into account topological metrics that supplement the topology of the QKD network; при резервировании квантового маршрута сообщение о резервировании дополняется информацией о количестве необходимых квантовых ключей для резервирования.when a quantum route is reserved, the reservation message is supplemented with information about the number of required quantum keys for the reservation. 4. Способ выработки и распределения пользовательских ключей по п. 2, в котором запрос квантового ключа к модулю выработки квантовых ключей содержит характеристики запрашиваемого квантового ключа: длину, максимальное время готовности квантового ключа, режим выработки ключа.4. The method for generating and distributing user keys according to claim 2, in which the quantum key request to the quantum key generation module contains the characteristics of the requested quantum key: length, maximum time of the quantum key ready, key generation mode. 5. Способ выработки и распределения пользовательских ключей по п. 2, в котором запрос пользовательского ключа к модулю управления пользовательскими ключами содержит характеристики запрашиваемого квантового ключа: длину, максимальное время готовности пользовательского ключа, необходимость применения классического пользовательского ключа при вычислении пользовательского ключа.5. The method for generating and distributing user keys according to claim 2, in which the request for the user key to the user key management module contains the characteristics of the requested quantum key: length, maximum readiness time of the user key, the need to use the classic user key when calculating the user key. 6. Система выработки и распределения ключей, включающая6. The system for generating and distributing keys, including множество узлов сети выработки и квантового распределения ключей (узлы сети КРК), причемset of network nodes for the generation and quantum distribution of keys (nodes of the QKD network), and узлы сети КРК соединены квантовыми линиями связи так, что граф, отображающий связи квантовыми линиями, является связным;the nodes of the QKD network are connected by quantum communication lines so that the graph displaying the connections by quantum lines is connected; узлы сети КРК соединены классической цифровой сетью передачи данных;QKD network nodes are connected by a classic digital data transmission network; причем к каждому узлу сети КРК присоединено, по крайней мере, две квантовые линии связи;moreover, at least two quantum communication lines are connected to each node of the QKD network; при этом узел сети КРК включаетat the same time, the QKD network node includes модуль выработки пользовательских ключей,module for generating custom keys, модуль управления пользовательскими ключами,user key management module, по крайней мере, два модуля выработки квантовых ключей;at least two modules for generating quantum keys; причем соединение с квантовыми линиями связи узлов сети КРК может быть выполнено как напрямую, так и через оптический коммутатор; причемmoreover, the connection with the quantum communication lines of the QKD network nodes can be performed both directly and through an optical switch; moreover количество оптических коммутаторов не превышает количество узлов сети КРК;the number of optical switches does not exceed the number of QKD network nodes; каждый оптический коммутатор имеет один оптический вход и m оптических выходов, позволяющих подключать до m квантовых линий связи к одному узлу сети КРК;each optical switch has one optical input and m optical outputs, allowing up to m quantum communication lines to be connected to one QKD network node; каждый оптический коммутатор соединен локальной цифровой линией передачи данных с модулем выработки пользовательских ключей, подключенным квантовой линией связи к оптическому входу оптического коммутатора; при этом каждый модуль управления пользовательскими ключами соединен с модулем выработки пользовательских ключей локальной цифровой линией передачи данных и выполнен с возможностью получать и передавать данные в шифраторы пользователей через цифровую сеть передачи данных;each optical switch is connected by a local digital data line to a user key generation module connected by a quantum communication line to an optical input of the optical switch; wherein each module for managing user keys is connected to the module for generating user keys by a local digital data transmission line and is configured to receive and transmit data to user encryptors via a digital data transmission network; хранить пользовательские ключи в хранилище пользовательских ключей; определять совместно с модулями управления пользовательскими ключами других узлов сети КРК соответствие узла сети КРК и подключенных к ним шифраторов пользователей;store custom keys in a custom key store; determine, together with the modules for managing user keys of other nodes of the QKD network, the correspondence of the network node of the QKD and the user encoders connected to them; формировать общую базу данных подключенных шифраторов пользователей, содержащую соответствие узлов сети КРК и подключенных к ним шифраторов пользователей;form a common database of connected user encryptors, containing the correspondence between the QKD network nodes and the user encryptors connected to them; создавать запросы на выработку пользовательского ключа в модули выработки пользовательских ключей;create requests for generating a custom key to the modules for generating custom keys; получать пользовательские ключи от модулей выработки пользовательских ключей согласно переданным запросам;receive custom keys from custom key generation modules according to the transmitted requests; при этом каждый модуль выработки квантовых ключей связан с модулем выработки пользовательских ключей локальной цифровой линией передачи данных и выполнен с возможностью вырабатывать квантовые ключи совместно с другим модулем выработки квантовых ключей, соединенным квантовой линией связи;wherein each module for generating quantum keys is connected to the module for generating user keys by a local digital data line and is configured to generate quantum keys together with another module for generating quantum keys connected by a quantum communication line; генерировать случайные числа;generate random numbers; получать запросы на выработку квантового ключа от модуля выработки пользовательских ключей;receive requests to generate a quantum key from the user key generation module; передавать вырабатываемые квантовые ключи в модули выработки пользовательских ключей;transfer the generated quantum keys to the modules for generating user keys; передавать и получать служебные данные протокола КРК из модуля выработки пользовательских ключей; при этом модуль выработки пользовательских ключей выполнен с возможностью создавать запросы на выработку квантового ключа в модули выработки квантовых ключей;transmit and receive service data of the QKD protocol from the module for generating user keys; the module for generating user keys is configured to generate requests for generating a quantum key to the modules for generating quantum keys; получать квантовые ключи от модулей выработки квантовых ключей согласно переданным запросам;receive quantum keys from the modules for generating quantum keys according to the transmitted requests; хранить квантовые ключи в хранилище квантовых ключей;store quantum keys in a quantum key store; зашифровывать данные;encrypt data; расшифровывать данные;decrypt data; осуществлять аутентификацию данных;authenticate data; проверять аутентификацию данных;check data authentication; определять топологию сети КРК;determine the topology of the QKD network; определять квантовый маршрут для выработки пользовательских ключей; управлять коммутацией каналов внутри оптического коммутатора; вырабатывать пользовательские ключи совместно с модулями выработки пользовательских ключей других узлов сети КРК на квантовом маршруте, получать запросы на выработку пользовательских ключей от модулей управления пользовательскими ключами;define a quantum route for generating user keys; manage channel switching inside the optical switch; generate user keys together with modules for generating user keys of other nodes of the QKD network on a quantum route, receive requests for generating user keys from modules for managing user keys; передавать пользовательские ключи в модули управления пользовательскими ключами.pass custom keys to custom key management modules. 7. Способ выработки и распределения пользовательских ключей в системе, заключающийся в том, что7. A method for generating and distributing user keys in the system, which consists in the following: выбирают порядок выработки квантового пользовательского ключа;select the order of generating the quantum user key; выбирают порядок выработки классического пользовательского ключа;select the order of generating the classic user key; выбирают порядок объединения квантового пользовательского ключа и классического пользовательского ключа;selecting the order of combining the quantum user key and the classical user key; загружают предварительные ключи в модули выработки пользовательских ключей узлов сети КРК, причем в каждый модуль выработки пользовательских ключей загружается N-1 ключ, где N - число узлов сети КРК;pre-keys are loaded into modules for generating user keys of the QKD network nodes, and N-1 key is loaded into each module for generating user keys, where N is the number of network nodes of the QKD; загружают в модуль выработки пользовательских ключей каждого узла сети КРК идентификационную информацию для связи с другими узлами сети КРК, которые соединены квантовой линией связи с данным узлом сети КРК;loading into the module for generating user keys of each QKD network node identification information for communication with other QKD network nodes, which are connected by a quantum communication line with this QKD network node; загружают в каждый модуль управления пользовательскими ключами идентификационную информацию подключенных к ним шифраторов пользователей;loading into each user key management module the identification information of the user encryptors connected to them; передают из модуля управления пользовательскими ключами каждого узла сети КРК в модули управления пользовательскими ключами всех остальных узлов сети КРК данные о подключенных шифраторах пользователей;transmitting from the module for managing user keys of each node of the QKD network to the modules for managing user keys of all other nodes of the network of the QKD data on the connected user encryptors; получают в модуле управления пользовательскими ключами каждого узла сети КРК переданную информацию о подключенных шифраторах пользователей и собирают ее в общую базу данных подключенных шифраторов пользователей;receive in the module for managing user keys of each node of the QKD network the transmitted information about the connected user encryptors and collect it into a common database of connected user encryptors; передают из модуля выработки пользовательских ключей каждого узла сети КРК в модули выработки пользовательских ключей всех остальных узлов сети КРК идентификационную информацию всех соседних с ним узлов сети КРК;transmitting from the module for generating user keys of each node of the QKD network to the modules for generating user keys of all other nodes of the network of the QKD identification information of all neighboring nodes of the network of the QKD; получают в модуле выработки пользовательских ключей каждого узла сети КРК переданную ему идентификационную информацию соседних узлов и на ее основе формируют топологию сети КРК;receive in the module for generating user keys of each node of the QKD network the identification information of the neighboring nodes transmitted to it and, on its basis, form the topology of the QKD network; получают запрос пользовательского ключа от шифратора пользователя, подключенного к модулю управления пользовательскими ключами узла сети КРК, причем запрос включает идентификационную информацию шифратора пользователя, для связи с которым необходим пользовательский ключ;receiving a request for a user key from a user encryptor connected to a user key management module of a KKK network node, the request including identification information of a user encryptor for communication with which a user key is required; определяют по общей базе данных подключенных шифраторов пользователей узел сети КРК, к которому подключен шифратор пользователя, для связи с которым необходим пользовательский ключ;determine, according to the common database of connected user encryptors, the QKD network node to which the user encryptor is connected, for communication with which a user key is required; формируют в модуле управления пользовательскими ключами узла сети КРК запрос пользовательского ключа с указанием идентификационной информации узла сети КРК, получившего запрос пользовательского ключа, и узла сети КРК, определенного по общей базе данных подключенных шифраторов пользователей;generating a request for a user key in the user key management module of the QKD network node indicating the identification information of the QKD network node that received the request for the user key and the QKD network node determined from the common database of connected user encryptors; передают сформированный запрос пользовательского ключа из модуля управления пользовательскими ключами в модуль выработки пользовательских ключей узла сети КРК;transmitting the generated user key request from the user key management module to the user key generation module of the KKK network node; принимают в модуле выработки пользовательских ключей запрос пользовательского ключа от модуля управления пользовательскими ключами; определяют последовательность узлов сети КРК (квантовый маршрут) и количество k узлов в квантовом маршруте от узла сети КРК, получившего запрос пользовательского ключа, до узла сети КРК, указанного в запросе пользовательского ключа, с помощью топологии сети КРК;receiving, in the user key generation module, a request for a user key from the user key management module; determining the sequence of QKD network nodes (quantum route) and the number k of nodes in the quantum route from the QKD network node receiving the user key request to the QKD network node indicated in the user key request using the QKD network topology; резервируют квантовый маршрут, передавая из модуля выработки пользовательских ключей узла сети КРК, получившего запрос пользовательского ключа, в модули выработки пользовательских ключей узлов сети КРК, с идентификаторами, соответствующими остальным идентификаторам узлов сети КРК в зарезервированном квантовом маршруте сообщения о резервировании квантового маршрута; вычисляют i=1,reserve a quantum route, transmitting from the module for generating user keys of the QKD network node, which received the user key request, to the modules for generating user keys of the network nodes of the QKD, with identifiers corresponding to the remaining identifiers of the QKD network nodes in the reserved quantum route of the message on the reservation of the quantum route; calculate i = 1, (А) посылают запрос выработки квантового ключа из модуля выработки пользовательских ключей в модуль выработки квантовых ключей i-го узла зарезервированного квантового маршрута и из модуля выработки пользовательских ключей в модуль выработки квантовых ключей (i+1)-го узла зарезервированного квантового маршрута, причем(A) sending a quantum key generation request from the user key generation unit to the quantum key generation unit of the ith node of the reserved quantum route and from the user key generation unit to the quantum key generation unit of the (i + 1) th node of the reserved quantum route, wherein если i-й узел сети КРК имеет несколько модулей выработки квантового ключа, то посылают запрос в модуль выработки квантовых ключей, соединенный квантовой линией связи с (i+1)-м узлом сети КРК; если (i+1)-й узел сети КРК имеет несколько модулей выработки квантового ключа, то посылают запрос в модуль выработки квантовых ключей, соединенный квантовой линией связи с i-м узлом сети КРК;if the i-th node of the QKD network has several modules for generating a quantum key, then sending a request to the module for generating quantum keys connected by a quantum communication line with the (i + 1) th node of the QKD network; if the (i + 1) th node of the QKD network has several modules for generating a quantum key, then sending a request to the module for generating quantum keys connected by a quantum communication line with the i-th node of the QKD network; если модули выработки квантовых ключей i-го и (i+1)-го узла сети КРК связаны квантовым каналом связи через оптический коммутатор, тоif the modules for generating quantum keys of the ith and (i + 1) th nodes of the QKD network are connected by a quantum communication channel through an optical switch, then если модуль выработки квантовых ключей (i+1)-го узла сети КРК подключен к j-му выходу оптического коммутатора, то задают коммутацию квантовых каналов в оптическом коммутаторе из модуля выработки пользовательских ключей i-го узла сети КРК со входа оптического коммутатора на j-й выход;if the module for generating quantum keys of the (i + 1) th node of the QKD network is connected to the j-th output of the optical switch, then switching of quantum channels in the optical switch is set from the module for generating user keys of the i-th node of the QKK network from the input of the optical switch to j- th exit; если модуль выработки квантовых ключей i-го узла сети КРК подключен к j-му выходу оптического коммутатора, то задают коммутацию квантовых каналов в оптическом коммутаторе из модуля выработки пользовательских ключей (i+1)-го узла сети КРК со входа оптического коммутатора на j-й выход;if the module for generating quantum keys of the i-th node of the QKD network is connected to the j-th output of the optical switch, then switching of quantum channels in the optical switch is set from the module for generating user keys of the (i + 1) -th node of the QKD network from the input of the optical switch to j- th exit; вырабатывают квантовый ключ в модулях выработки квантового ключа i-го и (i+1)-го узлов сети КРК;generate a quantum key in the modules for generating a quantum key of the i-th and (i + 1) -th nodes of the QKD network; передают полученный квантовый ключ из модуля выработки квантового ключа в модуль выработки пользовательских ключей на i-м и (i+1)-м узле сети КРК;transmitting the obtained quantum key from the quantum key generation unit to the user key generation unit at the i-th and (i + 1) -th node of the QKD network; помещают полученный квантовый ключ в хранилища квантовых ключей модулей выработки пользовательских ключей i-го и (i+1)-го узлов сети КРК;place the obtained quantum key in the storage of quantum keys of the modules for generating user keys of the i-th and (i + 1) -th nodes of the QKD network; если i<k-1, тоif i <k-1, then вычисляют i=i+1;calculate i = i + 1; переходят к этапу А; запрашивают случайное число в модуле выработки пользовательских ключей из модуля выработки квантовых ключей узла сети КРК с идентификатором соответствующему первому узлу зарезервированного квантового маршрута;go to stage A; requesting a random number in the module for generating user keys from the module for generating quantum keys of the QKD network node with the identifier corresponding to the first node of the reserved quantum route; вырабатывают запрошенное случайное число с помощью генератора случайных чисел модуля выработки квантовых ключей;generate the requested random number using the random number generator of the quantum key generating unit; передают выработанное случайное число из модуля выработки квантовых ключей в модуль выработки пользовательских ключей узла сети КРК с идентификатором соответствующему первому узлу зарезервированного квантового маршрута;transmitting the generated random number from the quantum key generation unit to the user key generation unit of the QKD network node with the identifier to the corresponding first node of the reserved quantum route; вырабатывают на первом и последнем узлах сети КРК зарезервированного квантового маршрута квантовый пользовательский ключ с помощью случайного числа в модуле выработки пользовательских ключей первого узла сети КРК и квантовых ключей в хранилищах квантовых ключей узлов сети КРК зарезервированного квантового маршрута, согласно выбранному порядку выработки квантового пользовательского ключа;generate a quantum user key at the first and last nodes of the QKD network of the reserved quantum route using a random number in the module for generating user keys of the first node of the QKD network and quantum keys in the quantum key stores of the nodes of the QKD network of the reserved quantum route, according to the selected order of generating the quantum user key; вырабатывают классический пользовательский ключ на первом и последнем узле сети КРК зарезервированного квантового маршрута в модулях выработки пользовательских ключей с использованием предварительных ключей согласно выбранному порядку выработки классического пользовательского ключа;generate a classic user key at the first and last QKD network node of the reserved quantum route in the user key generation modules using pre-key keys according to the selected order of generation of the classic user key; вырабатывают в модулях выработки пользовательских ключей первого и последнего узлов сети КРК зарезервированного квантового маршрута пользовательский ключ с использованием квантового пользовательского ключа и классического пользовательского ключа согласно выбранному порядку объединения квантового пользовательского ключа и классического пользовательского ключа;generating a user key using a quantum user key and a classical user key in the user key generation units of the first and last QKD network nodes of the reserved quantum route using the quantum user key and the classical user key according to the selected order of combining the quantum user key and the classical user key; передают выработанный пользовательский ключ из модуля выработки пользовательского ключа первого и последнего узлов сети КРК зарезервированного квантового маршрута в модули управления пользовательскими ключами первого и последнего узлов сети КРК зарезервированного квантового маршрута;transmitting the generated user key from the user key generation unit of the first and last QKD network nodes of the reserved quantum route to the user key management modules of the first and last QKD network nodes of the reserved quantum route; сохраняют в хранилище пользовательских ключей модуля управления пользовательскими ключами узла сети КРК полученный пользовательский ключ; передают пользовательский ключ из хранилища пользовательских ключей модуля управления пользовательскими ключами узла сети КРК в шифратор пользователя, запросивший пользовательский ключ.storing the obtained user key in the user key storage of the user key management module of the QKK network node; transferring the user key from the user key storage of the user key management module of the KKK network node to the user encryptor requesting the user key. 8. Способ выработки и распределения пользовательских ключей по п. 7, в котором определяют в модулях выработки пользовательских ключей и передают другим модулям выработки пользовательских ключей топологические метрики сети КРК, которыми дополняют топологию сети КРК, причем топологические метрики включают8. The method for generating and distributing user keys according to claim 7, in which topological metrics of the QKD network are determined in the modules for generating user keys and transmitted to other modules for generating user keys, which complement the topology of the QKD network, and the topological metrics include количество квантовых ключей в хранилище квантовых ключей; скорость выработки квантовых ключей с соседними узлами сети КРК; скорость расходования и количество квантовых ключей на зарезервированных квантовых маршрутах; учитывают топологические метрики при определении квантового маршрута в модуле выработки пользовательских ключей;the number of quantum keys in the quantum key store; the rate of generation of quantum keys with neighboring nodes of the QKD network; the rate of expenditure and the number of quantum keys on the reserved quantum routes; take into account topological metrics when determining the quantum route in the module for generating user keys; при резервировании квантового маршрута сообщение о резервировании дополняют информацией о количестве необходимых квантовых ключей для резервирования.When a quantum route is reserved, the reservation message is supplemented with information about the number of required quantum keys for the reservation. 9. Способ выработки и распределения пользовательских ключей по п. 7, в котором запрос квантового ключа в модуль выработки квантовых ключей содержит характеристики запрашиваемого квантового ключа: длину, максимальное время готовности квантового ключа, режим выработки ключа.9. The method for generating and distributing user keys according to claim 7, in which the request for a quantum key to the quantum key generation module contains the characteristics of the requested quantum key: length, maximum readiness time of the quantum key, key generation mode. 10. Способ выработки и распределения пользовательских ключей по п. 7, в котором запрос пользовательского ключа в модуль управления пользовательскими ключами содержит характеристики запрашиваемого квантового ключа: длину, максимальное время готовности пользовательского ключа, необходимость применения классического пользовательского ключа при вычислении пользовательского ключа.10. The method for generating and distributing user keys according to claim 7, in which the request for the user key to the user key management module contains the characteristics of the requested quantum key: length, maximum readiness time of the user key, the need to use the classic user key when calculating the user key.
RU2020140774A 2020-12-10 2020-12-10 Key generation and distribution system and method for distributed key generation using quantum key distribution (options) RU2752844C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020140774A RU2752844C1 (en) 2020-12-10 2020-12-10 Key generation and distribution system and method for distributed key generation using quantum key distribution (options)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020140774A RU2752844C1 (en) 2020-12-10 2020-12-10 Key generation and distribution system and method for distributed key generation using quantum key distribution (options)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2752844C1 true RU2752844C1 (en) 2021-08-11

Family

ID=77348949

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020140774A RU2752844C1 (en) 2020-12-10 2020-12-10 Key generation and distribution system and method for distributed key generation using quantum key distribution (options)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2752844C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU209337U1 (en) * 2021-10-07 2022-03-15 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет ИТМО» (Университет ИТМО Network node of the system of secure quantum connections
CN114285547A (en) * 2021-11-29 2022-04-05 中国联合网络通信集团有限公司 Processing method, device, device and medium for quantum key distribution
RU2817659C2 (en) * 2022-07-20 2024-04-17 Общество с ограниченной ответственностью научно-техническое предприятие "Криптософт" ООО НТП "Криптософт" Dynamic system for key generation and distribution without compromising key information

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8041039B2 (en) * 2006-04-19 2011-10-18 Nec Corporation Secret communications system and channel control method
US20160013936A1 (en) * 2010-06-15 2016-01-14 Los Alamos National Security, Llc Secure multi-party communication with quantum key distribution managed by trusted authority
US10348493B2 (en) * 2015-01-08 2019-07-09 Alibaba Group Holding Limited Quantum key distribution system, method and apparatus based on trusted relay
RU2736870C1 (en) * 2019-12-27 2020-11-23 Открытое Акционерное Общество "Информационные Технологии И Коммуникационные Системы" Complex for secure data transmission in digital data network using single-pass quantum key distribution system and method of keys adjustment during operation of system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8041039B2 (en) * 2006-04-19 2011-10-18 Nec Corporation Secret communications system and channel control method
US20160013936A1 (en) * 2010-06-15 2016-01-14 Los Alamos National Security, Llc Secure multi-party communication with quantum key distribution managed by trusted authority
US10348493B2 (en) * 2015-01-08 2019-07-09 Alibaba Group Holding Limited Quantum key distribution system, method and apparatus based on trusted relay
RU2736870C1 (en) * 2019-12-27 2020-11-23 Открытое Акционерное Общество "Информационные Технологии И Коммуникационные Системы" Complex for secure data transmission in digital data network using single-pass quantum key distribution system and method of keys adjustment during operation of system

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU209337U1 (en) * 2021-10-07 2022-03-15 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет ИТМО» (Университет ИТМО Network node of the system of secure quantum connections
CN114285547A (en) * 2021-11-29 2022-04-05 中国联合网络通信集团有限公司 Processing method, device, device and medium for quantum key distribution
CN114285547B (en) * 2021-11-29 2023-10-20 中国联合网络通信集团有限公司 Quantum key distribution processing method, device, equipment and medium
RU2817659C2 (en) * 2022-07-20 2024-04-17 Общество с ограниченной ответственностью научно-техническое предприятие "Криптософт" ООО НТП "Криптософт" Dynamic system for key generation and distribution without compromising key information
RU2820558C1 (en) * 2023-07-05 2024-06-05 ООО "СМАРТС-Кванттелеком" Method of controlling strength criterion of quantum distribution of keys described by connected graphs of arbitrary configurations
RU2825566C1 (en) * 2024-05-13 2024-08-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр Т8" Method and device for quantum key distribution
RU2831046C1 (en) * 2024-05-20 2024-11-29 Акционерное Общество "Информационные Технологии И Коммуникационные Системы" Method for generating key between nodes of computer network using quantum key distribution system
RU2832103C1 (en) * 2024-05-20 2024-12-19 Акционерное Общество "Информационные Технологии И Коммуникационные Системы" System for generating and distributing keys, interfaced with quantum key distribution network, and method for generating and distributing keys in it
RU2836328C1 (en) * 2024-06-06 2025-03-12 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" Connection diagram of quantum key distribution devices with untrusted central node of "star" type (versions)
RU2840355C1 (en) * 2024-06-27 2025-05-21 ООО НТП "Криптософт" Method and device for quantum key distribution with control of quantum channel parameters
RU2838046C1 (en) * 2024-07-17 2025-04-08 Акционерное Общество "Информационные Технологии И Коммуникационные Системы" Method of generating and distributing keys in multi-segment network with quantum key distribution
RU2845083C1 (en) * 2025-03-06 2025-08-13 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Цифровые решения" Method of key information input into vpn gate, generated by means of quantum key distribution system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230188334A1 (en) Quantum key distribution method and device, and storage medium
JP7026748B2 (en) Quantum key relay method and equipment based on centralized control network
CN107077674B (en) Transaction verification processing method and device and node equipment
KR101776137B1 (en) Method and Apparatus for Supplying Key to Multiple Devices in Quantum Key Distribution System
US20140023192A1 (en) Communication device, communication method, and communication system
CN108111305B (en) Multi-type quantum terminal compatible converged network access system and method
JP5637990B2 (en) Method, communication apparatus and system for communicating in network
Zhu et al. Resource allocation in quantum-key-distribution-secured datacenter networks with cloud–edge collaboration
CN115484021B (en) End-to-end quantum entanglement resource routing and allocation method and related equipment
JP2022549047A (en) Quantum encryption key distribution method, device and system
CA2883444A1 (en) System and method for quantum key distribution
US11424836B2 (en) Path computation engine and method of configuring an optical path for quantum key distribution
CN106850204A (en) Quantum key distribution method and system
Shirko et al. A novel security survival model for quantum key distribution networks enabled by software-defined networking
CN109257274B (en) Switching node device for quantum secret communication network system and communication network system comprising the same
CN110690928A (en) Quantum relay link virtualization method and device
RU2752844C1 (en) Key generation and distribution system and method for distributed key generation using quantum key distribution (options)
WO2023082600A1 (en) Quantum key-based blockchain network and data secure transmission method
Chen et al. A quantum key distribution routing scheme for hybrid-trusted QKD network system
US20140365786A1 (en) Communication device, communication method, computer program product, and communication system
CN106712941A (en) Quantum key dynamic updating method and system in optical network
Xu et al. Stochastic resource allocation in quantum key distribution for secure federated learning
EP3713185B1 (en) Authentication method, device, and system
Aguado et al. First experimental demonstration of secure NFV orchestration over an SDN-controlled optical network with time-shared quantum key distribution
CN113517980A (en) Key processing method, device and storage medium