CN108449173B - 一种连续变量量子密钥分发模型中的信息协商方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种连续变量量子密钥分发模型中的信息协商方法，包括以下步骤：接收端选择长度为Nn的随机向量U，并基于随机向量U和接收到的信息y形成协商信息M(y,U)；接收端计算随机向量U的校正子s，并通过公共信道将协商信息M(y,U)和子校正子si发送给发送端；发送端根据发送的光子序列、协商信息M(y,U)和子校正子si进行译码，并将译码结果通过公共信道发送给接收端以告知哪些子帧是错误的；接收端舍弃错误的子帧。由于不用丢弃整个帧，本发明能够提高密钥协商中的密钥速率。

Description

一种连续变量量子密钥分发模型中的信息协商方法
技术领域
本发明涉及量子通信加密技术领域，特别是涉及一种连续变量量子密钥分发(continuous variable quantumkey distribution，CVQKD)模型中的信息协商方法。
背景技术
量子密钥分发能够使两个合法通信者Alice和Bob通过光量子信息编码来交换密钥并且使密钥不会被窃听者Eve窃听。
量子密钥分发以量子力学基本定理为基础，具备物理绝对安全特性，能有效克服当前加密体系依赖于计算复杂性的不足。近年来，基于低密度奇偶校验码(LDPC)的CVQKD逐渐成为量子密钥分发处理的一项前沿技术，受到国内外研究机构的广泛重视。
定义密钥协商性能的一个重要标准就是通讯双方间的最大密钥速率，而目前的协议密钥速率Ks＝(1-Pe)(βIAB-χBE)都比较低，本发明可以通过降低误帧率Pe来有效的提高密钥速率Ks。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种连续变量量子密钥分发模型中的信息协商方法，能够提高密钥协商中的密钥速率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种连续变量量子密钥分发模型中的信息协商方法，包括以下步骤：
(1)接收端选择长度为Nn的随机向量U，并基于随机向量U和接收到的信息y形成协商信息M(y,U)；
(2)接收端计算随机向量U的子校正子s，并通过公共信道将协商信息M(y,U)和子校正子s发送给发送端；
(3)发送端根据发送的光子序列、协商信息M(y,U)和子校正子s进行译码，并将译码结果通过公共信道发送给接收端以告知哪些帧是错误的；
(4)发射端和接收端舍弃错误的帧。
所述步骤(1)具体为接收端选择长度为Nn的随机向量U并且把其划分成N段子码u0,u1,...,uN-1，接收端基于随机向量U和接收到的信息y形成协商信息M(y,U)。
所述步骤(2)中接收端通过s＝HSCU计算随机向量U的子校正子s，其中HSC是SC-LDPC码的校验矩阵。
所述步骤(3)中发送端根据光子序列x、协商信息M(y,U)和子校正子s进行译码，计算Hiui，并将结果告诉接收端；若每帧都存在u'i使
Figure GDA0002700804920000021
成立，则发送端和接收端保留对应的ui和u'i，舍去
Figure GDA0002700804920000022
不成立对应的ui和u'i。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过保留LDPC码译码时错误帧中的有效子密钥段的方式提高密钥协商中的密钥速率。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是校验矩阵H的结构图；
图3是计算向量U的子校正子s的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种连续变量量子密钥分发模型中的信息协商方法，通过保留LDPC码译码时错误帧中的有效子密钥段的方式提高密钥协商中的密钥速率。如图1所示，具体步骤如下：
(1)量子通信步骤：发送端Alice将光子序列x通过量子信道发送给接收端Bob，接收端Bob接收到的信息为y＝x+e，其中，e为干扰信息；
(2)筛选验证步骤：接收端Bob随机选择测量基对接收到的信息y进行测量并将结果通过公共信道发送给发送端Alice，发送端Alice经过对比验证，将验证结果发送给接收端Bob，双方将测量基相同的信息保留，其余信息舍弃。最终得到信息y。
(3)信息协商步骤：接收端Bob选择长度为Nn的随机向量U，并将其编码成LDPC码U，接收端Bob基于随机向量U和接收到的信息y形成协商信息M(y,U)；接收端Bob计算随机向量U的子校正子s，并借助公共信道将协商信息M(y,U)和子校正子s发送给发送端Alice；发送端Alice通过协商信息M(y,U)并结合自身存储的光子序列x进行译码，并将译码结果通过公共信道发送给接收端Bob以告知哪些帧是错误的。具体如下：
(31)接收端Bob随机择长度为Nn的向量U并且把它划分成N段长为n的子码u0,u1,...,uN-1然后编码成SC-LDPC码，接收端Bob基于随机向量U和接收到的信息y形成协商信息M(y,U)；
(32)接收端Bob通过s＝HSCU计算随机向量U的子校正子s，其中HSC是SC-LDPC码的校验矩阵，其结构如图2所示。接收端Bob通过公开经典信道将子校正子s和协商信息M(y,U)发送给发送端Alice。由图3可以得知子校正子s＝[s0,…,si,…,sq+N-2]，si＝Hiui。
(33)发送端Alice和接收端Bob因此分别共有一对[x,M(y,U)]和[y,M(y,U)]，以及随机向量U的子校正子si。发送端Alice根据自身存储的光子序列x，协商信息M(y,U)和子校正子si进行译码，计算Hiu'i，若每帧都存在u'i使
Figure GDA0002700804920000031
成立，则保留对应的ui和u'i，同时舍去
Figure GDA0002700804920000032
不成立对应的ui和u'i，最终得到译码结果
Figure GDA0002700804920000033
发送端Alice将译码结果
Figure GDA0002700804920000034
通过公共信道告诉接收端Bob，哪些帧和子帧是错误的。接收端Bob将错误的帧和子帧丢弃，最终得到
Figure GDA0002700804920000035
由此可见，如果译码失败但是存在Hixi＝si，发送端Alice和接收端Bob也不会舍弃全部的信息。通常的，通信双方会从U和
Figure GDA0002700804920000036
中分别保留Hi·ui＝si对应的信息。定义
Figure GDA0002700804920000037
为第i帧中错误的子帧的数量。重新定义误帧率的计算方式，记误帧率为
Figure GDA0002700804920000038
有
Figure GDA0002700804920000039
其中
Figure GDA0002700804920000041
根据密钥速率计算公式Ks＝(1-Pe)(βIAB-χBE)可知，将随机向量U分为多段子码后，在译码时每帧只丢弃译码错误的子码段，保留其余子码段，而不是整帧丢弃，极大的提高了密钥速率。
(4)保密加强步骤：发送端Alice和接收端Bob使用哈希选算法分别从
Figure GDA0002700804920000042
和
Figure GDA0002700804920000043
中提取出密钥Ms和Ms'。
通过以上过程，可以很好地理解本方案的设计思路，并最终能够成功协商出密钥。不难发现，本发明提出了一种新的信息协商协议，极大的提高Ms和Ms'的密钥速率。

Claims (1)

1.一种连续变量量子密钥分发模型中的信息协商方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)接收端选择长度为Nn的随机向量U并且把其划分成N段子码u0,u1,...,uN-1，接收端基于随机向量U和接收到的信息y形成协商信息M(y,U)；
(2)接收端通过s＝HSCU计算随机向量U的子校正子s，并通过公共信道将协商信息M(y,U)和子校正子s发送给发送端，其中HSC是SC-LDPC码的校验矩阵；
(3)发送端根据发送的光子序列x、协商信息M(y,U)和子校正子s进行译码，计算Hiu′i，若每帧都存在u′i使
Figure FDA0002700804910000011
成立，则保留对应的ui和u′i，同时舍去
Figure FDA0002700804910000012
不成立对应的ui和u′i，得到译码结果
Figure FDA0002700804910000013
并将译码结果通过公共信道发送给接收端以告知哪些帧是错误的，其中，ui为随机向量U的第i段子码，u′i为随机向量U的第i段子码的译码结果，Hi为子校验矩阵；
(4)发射端和接收端舍弃错误的帧。
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