以軟件定義網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)分析

龍鈺 陳樹(shù)軍 張麗梅

1. 身份證號(hào)碼：3622271981＊＊＊＊0027 江蘇 南京 210000；2. 身份證號(hào)碼：3411241984＊＊＊＊1411 江蘇 南京 210000；3. 身份證號(hào)碼：3209111990＊＊＊＊3423 江蘇 南京 210000

引言

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題日益凸顯，傳統(tǒng)加密算法在面對(duì)量子計(jì)算機(jī)攻擊時(shí)逐漸暴露出脆弱性，因此研究和開(kāi)發(fā)更加安全可靠通信網(wǎng)絡(luò)已成為當(dāng)今科學(xué)界和工業(yè)界的重要課題之一。量子密碼通信作為一種基于量子力學(xué)原理加密通信方式，具有不可破解性和信息傳輸?shù)母叨劝踩裕獙?shí)現(xiàn)量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用，仍然面臨著許多挑戰(zhàn)，其中之一是如何構(gòu)建高效、可擴(kuò)展且安全網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)， 軟件定義網(wǎng)絡(luò)作為一種新興網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)控制平面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面分離，提供更靈活、可編程和可管理網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

1 軟件定義網(wǎng)絡(luò)

軟件定義網(wǎng)絡(luò)是一種創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)控制平面和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面分離，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)集中式管理和控制，這種架構(gòu)出現(xiàn)，為量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)建立和管理提供了強(qiáng)有力的支持。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如交換機(jī)、路由器）既承擔(dān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，又負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)控制和管理，這種集中式設(shè)計(jì)方式存在一些問(wèn)題，如網(wǎng)絡(luò)管理復(fù)雜、難以靈活調(diào)整和擴(kuò)展等，而軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)出現(xiàn)，通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)控制平面和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面分離方式，解決這些問(wèn)題。在軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)控制器成為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)大腦，負(fù)責(zé)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中式管理和控制，通過(guò)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間通信，實(shí)時(shí)地監(jiān)控和控制網(wǎng)絡(luò)中的流量、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等信息，同時(shí)軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)引入"南向接口"標(biāo)準(zhǔn)化接口，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可與控制器進(jìn)行通信和交互[1]。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要特點(diǎn)是其靈活性和可編程性，通過(guò)集中式控制器，管理員可根據(jù)實(shí)際需求對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行靈活調(diào)整和配置，例如：可根據(jù)流量情況動(dòng)態(tài)地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)路由策略，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，同時(shí)軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)還支持網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化，使管理員可根據(jù)需要靈活地部署和管理網(wǎng)絡(luò)功能。對(duì)于量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)而言，軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)用具有重要意義，量子密碼通信是一種基于量子力學(xué)原理安全通信方式，具有不可破解性和信息傳輸高安全性，量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)建立和管理面臨著一些挑戰(zhàn)，如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋸?fù)雜、密鑰管理困難等，軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可為量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)建立和管理提供支持，通過(guò)集中式的控制器，管理員可對(duì)量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行靈活配置和管理，例如：可根據(jù)量子通信鏈路質(zhì)量和可用性，動(dòng)態(tài)地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，同時(shí)軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)還可提供靈活密鑰管理機(jī)制，確保量子密碼通信安全性。

2 量子密碼通信技術(shù)

量子密碼通信技術(shù)是一種基于量子力學(xué)原理加密通信技術(shù)，利用量子態(tài)特殊性質(zhì)來(lái)保證通信安全性，量子密碼通信技術(shù)具有不可破解性和安全性高等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也存在著一些問(wèn)題，如量子信道建立和管理、量子密鑰分發(fā)等問(wèn)題。第一，量子密碼通信技術(shù)核心思想是利用量子態(tài)特殊性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)加密通信，在傳統(tǒng)的加密通信中，信息是通過(guò)傳輸經(jīng)典比特來(lái)實(shí)現(xiàn)，而在量子密碼通信技術(shù)中，信息是通過(guò)傳輸量子比特來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于量子比特特殊性質(zhì)，即量子疊加態(tài)和量子糾纏態(tài)，使量子密碼通信技術(shù)具有不可破解性和安全性高的特點(diǎn)。第二，由于量子比特特殊性質(zhì)，傳輸過(guò)程中需保持量子比特純度和相干性，而這對(duì)于信道要求非常高，目前已提出一些方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，如利用光纖或者空間自由度來(lái)傳輸量子比特，這些方法還需進(jìn)一步研究和改進(jìn)，以提高信道建立和管理效率。第三，量子密鑰分發(fā)問(wèn)題，在量子密碼通信技術(shù)中，密鑰分發(fā)是非常關(guān)鍵一步，決定通信安全性，目前已提出一些方法來(lái)實(shí)現(xiàn)量子密鑰分發(fā)，如基于BB84協(xié)議量子密鑰分發(fā)方案，這些方法還存在一些技術(shù)難題，如量子比特傳輸距離限制和密鑰分發(fā)速度等問(wèn)題，需進(jìn)一步研究和改進(jìn)[2]。

3 以軟件定義網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)

首先，軟件定義網(wǎng)絡(luò)是一種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，將網(wǎng)絡(luò)控制平面和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面分離，通過(guò)集中式控制器對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制和管理，而以軟件定義網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)則是在軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基礎(chǔ)上，結(jié)合量子密碼通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更安全可靠的通信，量子密碼通信技術(shù)是一種基于量子力學(xué)原理加密通信技術(shù)，利用量子態(tài)特殊性質(zhì)來(lái)保證信息傳輸安全性，在量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)中，量子密鑰分發(fā)是關(guān)鍵一環(huán)，通過(guò)量子態(tài)傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)密鑰分發(fā)，從而保證密鑰安全性，而量子信道建立和管理則是確保通信質(zhì)量和可靠性的關(guān)鍵，相比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以軟件定義網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)具有靈活性高、可編程性強(qiáng)、易于管理等優(yōu)點(diǎn)。軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)靈活性使得網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)不同需求進(jìn)行定制化配置，從而滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景下需求，DN架構(gòu)可編程性使網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)需要進(jìn)行編程和控制，從而實(shí)現(xiàn)更加智能化網(wǎng)絡(luò)管理，軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)易于管理使網(wǎng)絡(luò)管理員可更加方便對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理和維護(hù)，以軟件定義網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)是一種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，將軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和量子密碼通信技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)集中式控制器對(duì)量子密鑰分發(fā)、量子信道建立和管理等進(jìn)行控制和管理，從而實(shí)現(xiàn)更加安全可靠的通信[3]。

其次，在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間通信是通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)，這限制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的靈活性，硬件設(shè)備配置和連接方式通常固定，無(wú)法根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活調(diào)整，這導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)剛性和難以適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景需求。在以軟件定義網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間通信是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，這為網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)帶來(lái)高度靈活性，軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)控制平面和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面分離，通過(guò)集中式控制器對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制和管理，這意味著網(wǎng)絡(luò)管理員可通過(guò)軟件編程來(lái)定義和控制網(wǎng)絡(luò)的行為，而不再依賴(lài)于硬件設(shè)備固定配置。具體來(lái)說(shuō)，軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中控制器可根據(jù)實(shí)際需求動(dòng)態(tài)地配置和管理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間通信，通過(guò)集中式控制器，網(wǎng)絡(luò)管理員可根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景需求，靈活地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間連接方式、路由規(guī)則和服務(wù)質(zhì)量等參數(shù)，這使網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能更好適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景下需求變化。此外，軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)還支持網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化和可編程化，通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)功能抽象為軟件模塊，網(wǎng)絡(luò)管理員可根據(jù)需要靈活地部署、配置和管理網(wǎng)絡(luò)功能，這使網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行快速功能擴(kuò)展和升級(jí)，而無(wú)需對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行改動(dòng)，以軟件定義網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)具有靈活性高特點(diǎn)，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間通信，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活調(diào)整和優(yōu)化，提高網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)靈活性和適應(yīng)性，這為量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)安全性和可靠性提供更好保障。

再次，在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間通信是通過(guò)預(yù)先編寫(xiě)好的程序?qū)崿F(xiàn)，這些程序定義網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間連接方式、路由規(guī)則和服務(wù)質(zhì)量等參數(shù)，但是一旦程序編寫(xiě)完成并部署到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，就很難進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整和優(yōu)化，這限制傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)靈活性和適應(yīng)性。在以軟件定義網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間通信是通過(guò)可編程控制器實(shí)現(xiàn)，軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)控制平面和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面分離，通過(guò)集中式控制器對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制和管理，這意味著網(wǎng)絡(luò)管理員可通過(guò)軟件編程來(lái)定義和控制網(wǎng)絡(luò)行為，而不再依賴(lài)于硬件設(shè)備固定配置，可編程控制器是軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中核心組件，可根據(jù)實(shí)際需求動(dòng)態(tài)地配置和管理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間通信，通過(guò)集中式控制器，網(wǎng)絡(luò)管理員可根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景需求，靈活地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間連接方式、路由規(guī)則和服務(wù)質(zhì)量等參數(shù)，這使網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能更好適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景下需求變化。具體來(lái)說(shuō)，可編程控制器可通過(guò)編寫(xiě)和部署軟件程序來(lái)定義網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間通信行為，網(wǎng)絡(luò)管理員可根據(jù)實(shí)際需求編寫(xiě)自定義程序，來(lái)實(shí)現(xiàn)特定網(wǎng)絡(luò)功能和策略，這使網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有高度靈活性和可定制性，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整和優(yōu)化。此外，可編程控制器還支持網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化和可編程化，通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)功能抽象為軟件模塊，網(wǎng)絡(luò)管理員可根據(jù)需要靈活地部署、配置和管理網(wǎng)絡(luò)功能，這使網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行快速功能擴(kuò)展和升級(jí)，而無(wú)需對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行改動(dòng)，以軟件定義網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)具有可編程性強(qiáng)特點(diǎn)通過(guò)可編程控制器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間通信，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整和優(yōu)化，提高網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)靈活性和適應(yīng)性[4]。

最后，以軟件定義網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)具有易于管理特點(diǎn)，在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間通信是分散式管理，因此管理起來(lái)非常困難，而在以軟件定義網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)中，所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都由集中式控制器進(jìn)行管理和控制，因此可更加方便進(jìn)行管理和維護(hù)，軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)引入為量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建提供新思路和解決方案，軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)控制平面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面分離，提供更靈活、可編程和可管理網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，這種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有靈活性高、可編程性強(qiáng)、易于管理等優(yōu)點(diǎn)，可為量子密碼通信技術(shù)實(shí)際應(yīng)用提供支持，并有望成為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域重要發(fā)展方向，以軟件定義網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)不僅可提高網(wǎng)絡(luò)安全性，還可提高網(wǎng)絡(luò)效率和可靠性，因此這種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在未來(lái)網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域?qū)?huì)廣泛應(yīng)用。

4 以軟件定義網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

將軟件定義網(wǎng)絡(luò)與量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，可在各個(gè)領(lǐng)域中提供更高級(jí)別數(shù)據(jù)安全保障，例如：在金融領(lǐng)域，數(shù)據(jù)安全性至關(guān)重要，以軟件定義網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)可通過(guò)利用量子態(tài)特性來(lái)保護(hù)交易數(shù)據(jù)機(jī)密性和完整性。量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)利用量子糾纏和量子隱形傳態(tài)等技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)信息不可偽造性和不可竊取性，從而有效防止黑客攻擊和數(shù)據(jù)泄露，這對(duì)于金融機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，意味著交易數(shù)據(jù)安全得到更高水平保障，客戶(hù)資金和個(gè)人信息也得到更好保護(hù)。以軟件定義網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)在金融等領(lǐng)域都具有重要應(yīng)用價(jià)值，可提供更高級(jí)別數(shù)據(jù)安全保障，保護(hù)交易數(shù)據(jù)、政府機(jī)密信息和軍事機(jī)密信息安全性，隨著技術(shù)不斷發(fā)展和應(yīng)用推廣，相信軟件定義網(wǎng)絡(luò)和量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)將在各個(gè)領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用，為社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步做出更大貢獻(xiàn)[5]。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，以軟件定義網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)是一種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，將軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和量子密碼通信技術(shù)相結(jié)合，具有靈活性高、可編程性強(qiáng)、易于管理等優(yōu)點(diǎn)，以軟件定義網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)可應(yīng)用于各種領(lǐng)域，并且在實(shí)際應(yīng)用中也存在著一些問(wèn)題需要進(jìn)一步研究和解決。