首页 / 专利库 / 电脑编程 / 算法 / 连续变量量子密钥分发系统的秘密协商方法

连续变量量子密钥分发系统的秘密协商方法

阅读:1发布:2022-06-21

专利汇可以提供连续变量量子密钥分发系统的秘密协商方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种连续变量量子密钥分发系统的秘密协商方法,包括本地译码器协商的步骤以及全局译码器协商的步骤。本发明提供的这种连续变量量子密钥分发系统的秘密协商方法,利用全局耦合低 密度 奇偶校验码的结构特性完成多个数据 块 同时译码,可以大大提高译码速度,高速译码可以满足高速的连续变量量子秘钥分发系统的技术要求;同时,在整个译码过程中存在本地译码器和全局译码器,针对译码出错的数据块进行二次译码可以大大降低系统的误 帧 率和误码率,可以提高连续变量量子秘钥分发系统的协商效率;因此本发明方法的可靠性高、准确性好且译码速度快。,下面是连续变量量子密钥分发系统的秘密协商方法专利的具体信息内容。

1.一种连续变量量子密钥分发系统的秘密协商方法,包括如下步骤:
S1.本地译码器协商;
S2.全局译码器协商。
2.根据权利要求1所述的连续变量量子密钥分发系统的秘密协商方法,其特征在于步骤S1所述的本地译码器协商,具体为利用全局耦合低密度奇偶检验码结构特性完成一级译码。
3.根据权利要求2所述的连续变量量子密钥分发系统的秘密协商方法,其特征在于步骤S1所述的本地译码器协商,具体为采用如下步骤进行协商:
A.发送方将发送数据通过高斯信道发送到接收端;
B.接收端将数据和随机秘钥进行编译,再将编译的信息发送给发送端;
C.接收端和发送端将编译的数据分为与本地译码器数量相同的子数据,并采用本地译码器对各个子数据块进行译码;
D.接收端和发送端利用本地译码器中校验矩阵的本地校验节点对译码结果进行检验:
若检验结果正确,则译码结果为秘钥序列,本次秘密协商完成;
若检验结果错误,则进行全局译码器协商。
4.根据权利要求2或3所述的连续变量量子密钥分发系统的秘密协商方法,其特征在于步骤S2所述的全局译码器协商,具体为利用全局耦合低密度奇偶检验码结构特性完成二级译码。
5.根据权利要求4所述的连续变量量子密钥分发系统的秘密协商方法,其特征在于步骤S2所述的全局译码器协商,具体为采用如下步骤进行协商:
a.采用全局译码器对步骤C中译码错误的数据块进行二次译码;
b.采用校验矩阵中的全局校验节点对步骤a的译码结果进行检验:
若检验结果正确,则译码结果为秘钥序列,本次秘密协商完成;
若检验结果错误,则发送错误信息到发送端;本次秘密协商失败。
6.根据权利要求5所述的连续变量量子密钥分发系统的秘密协商方法,其特征在于采用置信传播算法完成数据块的译码和校验。
7.根据权利要求6所述的连续变量量子密钥分发系统的秘密协商方法,其特征在于采用如下方法构建译码过程中的全局耦合低密度奇偶检验码:首先依靠基础矩阵的结构特点,通过循环方法扩展为校验矩阵;所述循环方法为:通过查阅基础矩阵中的元素,当元素为零时,采用(q-1)*(q-1)维的零矩阵代替;当元素不为零时,采用(q-1)*(q-1)维的循环置换矩阵替换;q为非二进制域的质数的幂。
8.根据权利要求7所述的连续变量量子密钥分发系统的秘密协商方法,其特征在于对译码结果进行检验,具体为采用如下步骤进行检验:
(1)采用如下算式进行初始化:
xl=0
式中xl=0表示表示接收到的数据中第xl位的先验概率为0; 表示初始化为0的概率为P; 初始化为1的概率为1-P;
(2)将校验矩阵中的非零元素的行位置和列位置分别用两个一维矩阵进行存储;
(3)进行迭代:采用如下算式计算每个校验节点传递到变量节点的消息L(rn):
式中tanh-1()为tanh()函数的反函数;n'为第n'个变量节点; 为 中除去了位置N(n)后剩余位置的集合;L(qn')为qn'校验节点的信息;M(n)为校验矩阵中非零元素所在行的一维矩阵,N(n)为校验矩阵中非零元素所在列的一维矩阵;
(4)进行垂直迭代:采用如下算式计算每个变量节点传递到校验节点的消息L(qn):
式中 为初始化译码概率;L(rn')为rn'变量节点的消息在对数域的值;
(5)采用如下算式进行译码:
L(Pi)=L(pi)+L(rn)
式中L(Pi)为Pi节点总的信息;L(pi)为pi的初始信息;L(rn)为rn节点的信息量;pi为第pi位;
若在设定条件下 成立,则认定检验成功;
若在设定条件下 不成立,则认定检验失败,转到步骤(3)重新进行循环
迭代计算,直到满足设定条件或者达到最大迭代次数,跳出循环迭代。

说明书全文

连续变量量子密钥分发系统的秘密协商方法

技术领域

[0001] 本发明属于信息安全技术领域,具体涉及一种连续变量量子密钥分发系统的秘密协商方法。

背景技术

[0002] 在通信技术迅速发展的背景下,社会对信息通信的安全性的要求越来越高。近年来,量子密钥分发引起了越来越大的关注,量子密钥分发是利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新的通信方式。量子密钥分发利用量子特性可以保证通信的无条件安全性。量子密钥分发分为连续变量量子密钥分发和离散变量量子密钥分发两种,连续变量量子密钥分发相比于离散变量量子密钥分发,可以实现单个脉冲编码多个比特因此可以实现更高的通信速率和效率。在连续变量量子密钥分发系统中包括信号制备、信号传输和信号的接收。秘密协商在信号接收中占据重要的地位,通过秘密协商可以去除错误的码元。秘密协商又可以分为正向协商和反向协商两种:正向协商为接收端根据发送端的数据进行纠错处理,而反向协商则是发送端根据接收端的数据进行纠错处理。由于正向协商无法突破3dB理论极限,因此,在反向协商中使用低密度奇偶校验码成为了普遍的技术方案。
[0003] 在连续变量量子密钥分发技术中,人们通常使用常规的低密度奇偶校验码完成秘密协商过程。但是由于低密度奇偶校验码的校验矩阵的稀疏性,导致在协商过程中复杂度大大增加,而且计算的复杂度和协商的时间也将大大增加。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种可靠性高、准确性好且译码速度快的连续变量量子密钥分发系统的秘密协商方法。
[0005] 本发明提供的这种连续变量量子密钥分发系统的秘密协商方法,包括如下步骤:
[0006] S1.本地译码器协商;
[0007] S2.全局译码器协商。
[0008] 步骤S1所述的本地译码器协商,具体为利用全局耦合低密度奇偶检验码结构特性完成一级译码。
[0009] 步骤S1所述的本地译码器协商,具体为采用如下步骤进行协商:
[0010] A.发送方将发送数据通过高斯信道发送到接收端;
[0011] B.接收端将数据和随机秘钥进行编译,再将编译的信息发送给发送端;
[0012] C.接收端和发送端将编译的数据分为与本地译码器数量相同的子数据,并采用本地译码器对各个子数据块进行译码;
[0013] D.接收端和发送端利用本地译码器中校验矩阵的本地校验节点对译码结果进行检验:
[0014] 若检验结果正确,则译码结果为秘钥序列,本次秘密协商完成;
[0015] 若检验结果错误,则进行全局译码器协商。
[0016] 步骤S2所述的全局译码器协商,具体为利用全局耦合低密度奇偶检验码结构特性完成二级译码。
[0017] 步骤S2所述的全局译码器协商,具体为采用如下步骤进行协商:
[0018] a.采用全局译码器对步骤C中译码错误的数据块进行二次译码;
[0019] b.采用校验矩阵中的全局校验节点对步骤a的译码结果进行检验:
[0020] 若检验结果正确,则译码结果为秘钥序列,本次秘密协商完成;
[0021] 若检验结果错误,则发送错误信息到发送端;本次秘密协商失败。
[0022] 采用置信传播算法完成数据块的译码和校验。
[0023] 采用如下方法构建译码过程中的全局耦合低密度奇偶检验码:首先依靠基础矩阵的结构特点,通过循环方法扩展为校验矩阵;所述循环方法为:通过查阅基础矩阵中的元素,当元素为零时,采用(q-1)*(q-1)维的零矩阵代替;当元素不为零时,采用(q-1)*(q-1)维的循环置换矩阵替换;q为非二进制域的质数的幂。
[0024] 对译码结果进行检验,具体为采用如下步骤进行检验:
[0025] (1)采用如下算式进行初始化:
[0026]
[0027]
[0028] 式中xl=0表示表示接收到的数据中第xl位的先验概率为0; 表示初始化为0的概率为P; 表示初始化为1的概率为1-P;
[0029] (2)将校验矩阵中的非零元素的行位置和列位置分别用两个一维矩阵进行存储;
[0030] (3)进行迭代:采用如下算式计算每个校验节点传递到变量节点的消息L(rn):
[0031]
[0032] 式中tanh-1()为tanh()函数的反函数;n'为第n'个变量节点; 为 中除去了位置N(n)后剩余位置的集合;L(qn')为qn'校验节点的信息;M(n)为校验矩阵中非零元素所在行的一维矩阵,N(n)为校验矩阵中非零元素所在列的一维矩阵;
[0033] (4)进行垂直迭代:采用如下算式计算每个变量节点传递到校验节点的消息L(qn):
[0034]
[0035] 式中 为初始化译码概率; 为rn'变量节点的消息在对数域的值;
[0036] (5)采用如下算式进行译码:
[0037] L(Pi)=L(pi)+L(rn)
[0038]
[0039] 式中L(Pi)为Pi节点总的信息;L(pi)为pi的初始信息;L(rn)为rn节点的信息量;pi为第pi位;
[0040] 若在设定条件下 成立,则认定检验成功;
[0041] 若在设定条件下 不成立,则认定检验失败,转到步骤(3)重新进行循环迭代计算,直到满足设定条件或者达到最大迭代次数,跳出循环迭代。
[0042] 本发明提供的这种连续变量量子密钥分发系统的秘密协商方法,利用全局耦合低密度奇偶校验码的结构特性完成多个数据块同时译码,可以大大提高译码速度,高速译码可以满足高速的连续变量量子秘钥分发系统的技术要求;同时,在整个译码过程中存在本地译码器和全局译码器,针对译码出错的数据块进行二次译码可以大大降低系统的误率和误码率,可以提高连续变量量子秘钥分发系统的协商效率;因此本发明方法的可靠性高、准确性好且译码速度快。附图说明
[0043] 图1为本发明方法的方法流程示意图。
[0044] 图2为本发明方法的全局耦合低密度奇偶校验码的基础矩阵结构示意图。
[0045] 图3为本发明方法的全局耦合低密度奇偶校验码的校验矩阵结构示意图。
[0046] 图4为本发明方法的量子秘钥分发系统的协商速率示意图。
[0047] 图5为本发明方法的量子秘钥分发系统的误帧率误码率示意图。

具体实施方式

[0048] 在连续变量量子秘钥分发系统中,Alice(发送端)使用置信传播算法对光纤上的经典信息M进行校正,其中 针对基于全局耦合的低密度奇偶校验码的结构特点,将译码过程分为局部译码和全局译码两部分。接收到的数据M分t序列,由t独立的解码器进行解码;如果t序列解码成功;本地解码码字U满足全局耦合的奇偶校验码的校验矩阵Hqc,gc,即U满足 码字U可以用来消除Bob(接收端)接收到的信息中的信道噪声;校验矩阵 是校验矩阵矩阵Hqc,gc的转置矩阵;如果本地解码器在解码过程中出现错误,即 则通过全局校验节点将解码从本地部分切换到全局部分;一般来说,只有当局部译码的错误量很大时,才需要全局译码器。
[0049] 如图1所示为本发明方法的方法流程示意图:本发明提供的这种连续变量量子密钥分发系统的秘密协商方法,包括如下步骤:
[0050] S1.本地译码器协商;具体为利用全局耦合低密度奇偶检验码结构特性完成一级译码;
[0051] 在具体实施时,采用如下步骤进行协商:
[0052] A.发送方将发送数据通过高斯信道发送到接收端;
[0053] B.接收端将数据和随机秘钥进行编译,再将编译的信息发送给发送端;
[0054] C.接收端和发送端将编译的数据分为与本地译码器数量相同的子数据块,并采用本地译码器对各个子数据块进行译码;
[0055] D.接收端和发送端利用本地译码器中校验矩阵的本地校验节点对译码结果进行检验:
[0056] 若检验结果正确,则译码结果为秘钥序列,本次秘密协商完成;
[0057] 若检验结果错误,则进行全局译码器协商;
[0058] S2.全局译码器协商;具体为利用全局耦合低密度奇偶检验码结构特性完成二级译码;
[0059] 在具体实施时,采用如下步骤进行协商:
[0060] a.采用全局译码器对步骤C中译码错误的数据块进行二次译码;
[0061] b.采用校验矩阵中的全局校验节点对步骤a的译码结果进行检验:
[0062] 若检验结果正确,则译码结果为秘钥序列,本次秘密协商完成;
[0063] 若检验结果错误,则发送错误信息到发送端;本次秘密协商失败。
[0064] 在上述的译码和校验过程中,采用置信传播算法完成数据块的译码和校验;同时,采用如下方法构建译码过程中的全局耦合低密度奇偶检验码:首先依靠基础矩阵的结构特点(基础矩阵结构如图2所示),通过循环方法扩展为校验矩阵(校验矩阵结果如图3所示);所述循环方法为:通过查阅基础矩阵中的元素,当元素为零时,采用(q-1)*(q-1)维的零矩阵代替;当元素不为零时,采用(q-1)*(q-1)维的循环置换矩阵替换;q为非二进制域的质数的幂;
[0065] 此外,在上述的步骤中,对译码结果进行检验,具体为采用如下步骤进行检验:
[0066] (1)采用如下算式进行初始化:
[0067]
[0068]
[0069] 式中xl=0表示表示接收到的数据中第xl位的先验概率为0; 表示初始化为0的概率为P; 初始化为1的概率为1-P;
[0070] (2)将校验矩阵中的非零元素的行位置和列位置分别用两个一维矩阵进行存储;
[0071] 比如, 则使用矩阵M表示矩阵H中非零元素所在行,采用N表示矩阵H中非零元素所在列,则得到如下的矩阵M和N:
[0072] M=[1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4]
[0073] N=[1 2 3 4 5 6 1 4 7 2 5 8]
[0074] (3)进行水平迭代:采用如下算式计算每个校验节点传递到变量节点的消息L(rn);本步骤用于更新校验节点的消息;
[0075]
[0076] 式中tanh-1()为tanh()函数的反函数;n'为第n'个变量节点; 为中除去了位置N(n)后剩余位置的集合;L(qn')为qn'校验节点的信息;M(n)为校验矩阵中非零元素所在行的一维矩阵,N(n)为校验矩阵中非零元素所在列的一维矩阵;
[0077] (4)进行垂直迭代:采用如下算式计算每个变量节点传递到校验节点的消息L(qn);本步骤用于更新变量节点的消息;
[0078]
[0079] 式中 为初始化译码概率;L(rn')为rn'变量节点的消息在对数域的值;
[0080] (5)采用如下算式进行译码:
[0081] L(Pi)=L(pi)+L(rn)
[0082]
[0083] 式中L(Pi)为Pi节点总的信息;L(pi)为pi的初始信息;L(rn)为rn节点的信息量;pi为第pi位;
[0084] 若在设定条件下 成立,则认定检验成功;
[0085] 若在设定条件下 不成立,则认定检验失败,转到步骤(3)重新进行循环迭代计算,直到满足设定条件或者达到最大迭代次数,跳出循环迭代。
[0086] 从图4和图5可以看到:本发明方法可以降低系统的误帧率误码率,提高译码速度。
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈