Alocação de Recursos em Redes de Distribuição Quântica de Chaves Definidas por Software

• Arthur Pimentel UFPA
• Diego Abreu UFPA
• Antônio Abelém UFPA

DOI: https://doi.org/10.5753/erin.2024.4535

Resumo

O avanço da criptografia quântica torna premente o uso de recursos em redes de Distribuição Quântica de Chaves (QKD) de forma eficiência. Sob esse contexto, o atual trabalho apresenta uma nova abordagem de arquitetura para redes QKD em conjunto com Redes Definidas por Software (SDN), utilizando estratégias de roteamento e agendamento voltadas para a utilização consciente de recursos. A proposta dessa arquitetura visa otimizar a alocação de recursos, chaves quânticas e rotas, por meio do controle SDN eficiente, à medida que atende às requisições de aplicações da rede. A eficácia da solução foi avaliada em cenários de aplicação utilizando topologias reais de redes QKD, considerando diferentes padrões de requisições para aplicações de autenticação e criptografia, demonstrando ganhos significativos em eficiência e desempenho. Os resultados demonstram a viabilidade dessa arquitetura em diversos ambientes, destacando seu potencial para melhorar a escalabilidade e eficiência das redes quânticas.

Palavras-chave: Criptografia quântica, redes definidas por software, alocação de recursos

Referências

Abelém, A., Vardoyan, G., and Towsley, D. (2020). Quantum internet: The future of internetworking. In Minicursos do XXXVIII Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos, pages 48–90. SBC.

Abreu, D., Pimentel, A., and Abelém, A. (2024). Reqroute: Protocolo de roteamento por reforço para redes de entrelaçamento quântico. In Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos (SBRC), pages 630–643. SBC.

Cao, Y., Zhao, Y., Wang, Q., Zhang, J., Ng, S. X., and Hanzo, L. (2022a). The evolution of quantum key distribution networks: On the road to the qinternet. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 24(2):839–894.

Cao, Y., Zhao, Y., Wu, Y., Yu, X., and Zhang, J. (2018). Time-scheduled quantum key distribution (qkd) over wdm networks. Journal of Lightwave Technology, 36(16).

Cao, Y., Zhao, Y., Zhang, J., and Wang, Q. (2022b). Software-defined heterogeneous quantum key distribution chaining: An enabler for multi-protocol quantum networks. IEEE Communications Magazine, 60(9):38–44.

Cao, Y., Zhao, Y., Zhang, J., Wang, Q., Niyato, D., and Hanzo, L. (2022c). From single-protocol to large-scale multi-protocol quantum networks. IEEE Network, 36(5):14–22.

Fu, Y., Hong, Y., Quek, T. Q., Wang, H., and Shi, Z. (2020). Scheduling policies for quantum key distribution enabled communication networks. IEEE Wireless Communications Letters, 9(12):2126–2129.

Mehic, M., Niemiec, M., Rass, S., Ma, J., Peev, M., Aguado, A., Martin, V., Schauer, S., Poppe, A., Pacher, C., et al. (2020). Quantum key distribution: a networking perspective. ACM Computing Surveys (CSUR), 53(5):1–41.

Peev, M., Pacher, C., Alléaume, R., Barreiro, C., Bouda, J., Boxleitner, W., Debuisschert, T., Diamanti, E., Dianati, M., Dynes, J., et al. (2009). The secoqc quantum key distribution network in vienna. New Journal of Physics, 11(7):075001.

Pimentel, A., Abreu, D., and Abelém, A. (2024). Alocação de recursos em redes de distribuição quântica de chaves multiprotocolo. In Workshop de Pesquisa Experimental da Internet do Futuro (WPEIF), pages 39–46. SBC.

Ribezzo, D., Zahidy, M., Vagniluca, I., Biagi, N., Francesconi, S., Occhipinti, T., Oxenløwe, L. K., Lončarić, M., Cvitić, I., Stipčević, M., et al. (2023). Deploying an inter-european quantum network. Advanced Quantum Technologies, 6(2):2200061.

Xu, F., Ma, X., Zhang, Q., Lo, H.-K., and Pan, J.-W. (2020). Secure quantum key distribution with realistic devices. Reviews of Modern Physics, 92(2):025002.

Yu, J., Qiu, S., and Yang, T. (2023). Optimization of hierarchical routing and resource allocation for power communication networks with qkd. Journal of Lightwave Technology.

Zhang, Q., Ayoub, O., Gatto, A., Wu, J., Musumeci, F., and Tornatore, M. (2023). Routing, channel, key-rate and time-slot assignment for qkd in optical networks. IEEE Transactions on Network and Service Management.