量子密钥分发(QKD)网络可以为整个通信系统提供理论上无条件安全的密钥。当前密钥的分发速率较低,并且随着分发距离增加密钥分发速率呈指数级下降。在现有QKD网络中,通常采用在量子收发器中间增加可信中继的方案达到延长安全距离的目的,密钥中继会消耗额外的密钥。网络信道存在不同程度的噪声,在无线信道中误码率可达到30%。不可靠的信道会导致中继过程中误差的累积,增加密钥中继失败的概率。但是,对于密钥中继失败场景,当前QKD系统的密钥管理没有相关机制。如果密钥没有被成功中继,那么之前中继成功的密钥也会被销毁,导致密钥被浪费。设计密钥回收机制,重用中继密钥会增加系统的可用密钥量,提升加密能力。因此研究如何回收和使用未能中继成功的密钥是提高QKD网络提供安全服务的能力的关键技术。本文以量子密钥回收机制为核心从回收协议、回收方法、安全分级等方面进行研究,提出了三个创新性成果:一、首次提出基于QKD网络的密钥回收机制,针对密钥池管理、密钥同步、回收机制实施等问题,在QKD网络架构和密钥管理基础上设计量子密钥回收协议并通过互操作协议与其他自定义协议和标准协议互联互通。协议设计了基本关键字、帧格式并从不同的场景展现协议流程与运行方式。二、围绕密钥的安全回收和分级使用问题,提出部分和全部密钥回收机制,设计业务的安全分级与加密方式,设计密钥利用率和业务的安全覆盖率两个性能指标,仿真结果显示使用密钥回收机制的QKD网络相对于传统QKD网络在密钥利用方面高约20%,在业务安全覆盖率方面约高10%。三、利用网络流量的自相似性,设计历史业务安全等级与密钥需求量相关特征指标,设计历史业务分析模块,对密钥回收机制进行优化。结果表明,混合密钥回收机制在密钥回收率和业务的安全覆盖率方面优于全部密钥回收机制,等于或略低于部分密钥回收机制。为衡量密钥回收机制对网络安全性的影响,设计了密钥安全系数,三种密钥回收算法都高于0.9,其中混合密钥回收机制高于部分密钥回收机制。