In the upcoming 6G era, existing terrestrial networks have evolved toward space-air-ground integrated networks (SAGIN), providing ultra-high data rates, seamless network coverage, and ubiquitous intelligence for communications of applications and services. However, conventional communications in SAGIN still face data confidentiality issues. Fortunately, the concept of Quantum Key Distribution (QKD) over SAGIN is able to provide information-theoretic security for secure communications in SAGIN with quantum cryptography. Therefore, in this paper, we propose the quantum-secured SAGIN which is feasible to achieve proven secure communications using quantum mechanics to protect data channels between space, air, and ground nodes. Moreover, we propose a universal QKD service provisioning framework to minimize the cost of QKD services under the uncertainty and dynamics of communications in quantum-secured SAGIN. In this framework, fiber-based QKD services are deployed in passive optical networks with the advantages of low loss and high stability. Moreover, the widely covered and flexible satellite- and UAV-based QKD services are provisioned as a supplement during the real-time data transmission phase. Finally, to examine the effectiveness of the proposed concept and framework, a case study of quantum-secured SAGIN in the Metaverse is conducted where uncertain and dynamic factors of the secure communications in Metaverse applications are effectively resolved in the proposed framework.


翻译:在即将到来的6G时代,现有的地面网络已发展为空空地综合网络,提供了超高数据率、无缝网络覆盖和无处不在的应用和服务通信情报,然而,SAGIN的常规通信仍面临数据保密问题,幸运的是,SAGIN的量子键分布概念能够为SAGIN的安全通信提供信息理论安全,因此,在本文件中,我们提议建立量子保障的SAGIN网络,以便利用量子机械技术实现经证明的安全通信,保护空间、空气和地面节点之间的数据渠道。此外,我们提议建立一个通用的QKD服务提供框架,在量子安全SAGIN通信的不确定性和动态下,最大限度地降低QKD服务的成本。在这个框架内,基于纤维的QKD服务部署在被动光学网络中,具有低损失和高度稳定的优势。此外,广泛覆盖和灵活的卫星和基于UAVQD的通信是可行的,利用量子机械机械技术来保护空间、空气和地面节点之间的数据渠道。此外,我们提议,在S-AF的可靠数据传输框架的最后阶段,对安全可靠的拟议数据传输框架进行了可靠的分析。

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