CN108650083A - 一种用于离散调制连续变量量子密钥分发中的slice协商方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于离散调制连续变量量子密钥分发中的slice协商方法，该方法具体实现步骤如下：步骤1：根据离散调制的位数以及系统参数选定slice协商层数，计算最优量化区间并进行区间划分；步骤2：其中一方根据量化区间，对原始密钥进行量化编码，计算并发送边信息帮助另一方进行译码；步骤3：另一方接收边信息，然后选择纠错码，进行译码初始化，最后进行译码以获得一致的纠错后密钥。本发明中的方法可以实现高效离散调制连续变量量子密钥分发后处理数据协调算法。

Description

一种用于离散调制连续变量量子密钥分发中的slice协商 方法

技术领域

本发明涉及连续变量量子密钥分发技术领域，主要是应用于离散调制系统后处理纠错中的一种协商方法。该方法可以实现离散调制的高效数据协调。

背景技术

连续变量量子密钥分发(Continuous-variable Quantum Key Distribution，CV-QKD)是量子信息技术中发展较为成熟的技术，能够产生无条件安全的密钥，其安全性与计算能力无关。且CV-QKD系统可以与经典通信兼容，具有很大的应用优势。

离散调制CV-QKD系统相比高斯调制CV-QKD系统，其后处理具有不同的特点，发送端的数据不再是连续的，而是离散的，但是其包络仍旧满足高斯分布。与高斯调制CV-QKD系统一样，由于量子信道存在损耗和噪声等干扰，合法通信双方的原始数据只是具有相关性，并不一致，因此需要后处理中的数据协调步骤去除误码。量子信道也可能被窃听者控制，因此双方的密钥也可能是不安全的，需要后处理中的私钥放大步骤去除窃听者可能获得的信息。除了上述两个核心步骤外，后处理还包含基选择和参数估计等步骤。本发明主要关注离散调制CV-QKD后处理中的数据协调步骤。

数据协调的性能对CV-QKD的安全码率和传输距离等都具有很重要的影响。在离散调制CV-QKD中，数据协调主要包含两种方法，slice协调和多维协商。本发明主要涉及slice协商算法，其主要方法是将原始数据进行量化。由于发送端数据是离散的，在计算最优量化区间时相比高斯调制略有不同，需要分情况讨论。而量化层数也不是任意的，不能大于离散调制的位数。因此量化层数和最优量化区间都有离散调制位数以及系统参数有关。为了获得最优的数据协调性能，需要设计一种高效的slice协调方法，对于提高离散调制CV-QKD系统性能很有必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于离散调制连续变量量子密钥分发中的slice协商方法。该方法提出了一种离散调制CV-QKD系统的数据协调方法，可以实现高效纠错，支持高性能离散调制CV-QKD系统。

本发明通过以下步骤实现上述方法：

步骤1：在离散调制连续变量量子密钥分发后处理中进行数据协调时，根据离散调制的位数以及系统参数选定slice协商层数，计算最优量化区间并进行区间划分；

步骤2：其中一方根据量化区间，对原始密钥进行量化编码，计算并发送边信息帮助另一方进行译码；

步骤3：另一方接收边信息，然后选择纠错码，进行译码初始化，最后进行译码以获得一致的纠错后密钥。

步骤1的具体步骤如下：

步骤1A：在离散调制连续变量量子密钥分发后处理中进行数据协调时，首先根据离散调制的位数以及系统参数，主要包括量子信道的信噪比等，选定slice协商层数；

步骤1B：根据信噪比和slice协商层数，以及协商方式(正向协调或者反向协调)，计算最优量化区间，并进行区间划分。

步骤2的具体步骤如下：

步骤2A：其中一方根据量化区间，对原始密钥进行量化编码。对于正向协调为发送方，对于反向协调为接收方；

步骤2B：计算边信息并发送给另一方以帮助其进行译码。

步骤3的具体步骤如下：

步骤3A：另一方接收边信息，对于正向协调为接收方，对于反向协调为发送方，然后选择合适的纠错码；

步骤3B：进行译码初始化，根据接收的边信息进行译码以得到一致的纠错后密钥。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

现有的slice协商算法是基于高斯调制CV-QKD系统的，本发明中的方法根据离散调制的特点，实现了基于离散调制CV-QKD系统高效的数据协调，能够支持高性能离散调制CV-QKD系统。

附图说明

图1为离散调制CV-QKD系统slice协商算法流程图

具体实施方式

下面举例具体说明本发明的方法。本发明提供一种用于离散调制连续变量量子密钥分发中的slice协商方法，以正向协调为例，具体实施方式如下：

首先利用离散调制CV-QKD系统的原始数据进行参数估计得到系统的参数，然后根据系统的离散调制位数选定合适的slice协商量化层数。在选定量化层数时主要考虑两个参数的影响，一个是离散调制的位数，一个是参数估计得到的量子信道的信噪比。量化层数不能大于离散调制的位数，即量化精度不能大于原始数据精度，否则在进行区间划分时将无法精确区分原始数据所在区间。

在选定slice协商量化层数后，计算最优的量化间隔。假设发送端原始数据为x，接收端原始数据为y。两者之间的互信息为I(X；Y)，经过量化之后的互信息为I(Q(X)；Y)，其中Q(X)表示量化后发送端的数据。I(Q(X)；Y)由下式计算：

其中L_i表示量化后发送端第i层的数据，l表示上步选定的slice协商量化层数。最优量化间隔即使得量化后双方互信息最大的区间间隔。

接下来，根据已经得到的slice协商量化层数和最优量化间隔计算量化后各层的最优码率R_opt，计算方法如下：

R_opt＝1-(I_i(∞)-I_i(SNR))

其中SNR表示量子信道信噪比。双方根据最优码率，选择合适的纠错码进行编译码。

然后发送端根据量化层数和最优区间间隔对原始数据进行量化，并利用各层的纠错码分别进行编码，并分别计算各层的边信息，然后发送给接收端帮助其进行译码。接收端同样根据量化层数，最优区间间隔以及发送端的边信息进行译码初始化，然后用选择的各层纠错码分别进行译码，最终双方可以得到一致的纠错后密钥。

通过上述实例，详细说明了本发明如何实现离散调制CV-QKD系统的高效slice协商过程。

本发明并不局限于上述实例，凡是在权利要求范围内做出的任何形式的变形或者修改，均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于离散调制连续变量量子密钥分发中的slice协商方法，包括如下步骤：

步骤1：在离散调制连续变量量子密钥分发后处理中进行数据协调时，根据离散调制的位数以及系统参数选定slice协商层数，计算最优量化区间并进行区间划分；

步骤2：其中一方根据量化区间，对原始密钥进行量化编码，计算并发送边信息帮助另一方进行译码；

步骤3：另一方接收边信息，然后选择纠错码，进行译码初始化，最后进行译码以获得一致的纠错后密钥。

2.根据权利要求1所述的一种用于离散调制连续变量量子密钥分发中的slice协商方法，步骤1的具体步骤如下：

步骤1A：在离散调制连续变量量子密钥分发后处理中进行数据协调时，首先根据离散调制的位数以及系统参数，主要包括量子信道的信噪比等，选定slice协商层数；

步骤1B：根据信噪比和slice协商层数，以及协商方式(正向协调或者反向协调)，计算最优量化区间，并进行区间划分。

3.根据权利要求1所述的一种用于离散调制连续变量量子密钥分发中的slice协商方法，步骤2的具体步骤如下：

步骤2A：其中一方根据量化区间，对原始密钥进行量化编码。对于正向协调为发送方，对于反向协调为接收方；

步骤2B：计算边信息并发送给另一方以帮助其进行译码。

4.根据权利要求1所述的一种用于离散调制连续变量量子密钥分发中的slice协商方法，步骤3的具体步骤如下：

步骤3A：另一方接收边信息，对于正向协调为接收方，对于反向协调为发送方，然后选择合适的纠错码；

步骤3B：进行译码初始化，根据接收的边信息进行译码以得到一致的纠错后密钥。