CN109510701A - 连续变量量子密钥分发设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种连续变量量子密钥分发(CV‑QKD)设备及方法，该设备包括：光源，调制单元，第一随机数发生器和处理器；其中，处理器用于根据预设的调制格式符号数，每个符号的分布概率和由第一随机数发生器产生的第一随机数序列，得到第一数据序列；根据该第一数据序列，得到第二数据序列；调制单元用于根据第一数据序列，对光源发出的信号进行调制，输出第二光信号，该第二光信号无需包括现有高斯协议要求的28×28量级的量子态个数，实现难度低。另外，本申请还提出了与该设备等价的EB模型，实现了严格的安全性证明。

Description

连续变量量子密钥分发设备及方法
技术领域
本发明涉及量子通信领域，尤其涉及一种离散调制的连续变量量子密钥分发(Continuous-Variable Quantum Key Distribution，CV-QKD)的设备及方法。
背景技术
量子通信是在经典信息论和量子力学的基础上发展起来的通信技术，现在实用化的量子通信技术主要是指量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)，QKD系统的主要功能是产生量子密钥，该量子密钥可用于对经典信息进行加密，通过快速更新加密算法的密钥可以增强经典信息传递过程的安全性。其中，QKD可以分为CV-QKD和离散变量量子密钥分发(Discrete-Variable Quantum Key Distribution，DV-QKD)两种方式，其中，DV-QKD通常是通过编码单光子信号来实现密钥分发，在光纤通讯波段，其需要工作于低温的单光子探测器；而CV-QKD通常是通过对相干态(微弱激光)进行编码来实现密钥分发，其所使用的探测器并不需要低温控制，所以它更具有实用性。
在实现CV-QKD系统的过程中，通常要追求三个重要方面：(1)安全性证明(核心)，必须给出不依赖于任何信道假设的安全码率计算方法；(2)设备易制作：利用现有技术可以制造出实际系统，追求商用化；(3)真实性能高：在典型光信道中追求高安全码率、长安全通信距离。而在CV-QKD模型中，相干态模型是最受商业欢迎的一类模型，因为相干态在物理实现上容易制备，成本低，且对相干态的调制与经典相干通信的高阶调制具有很高相似性。
其中，相干态高斯调制模型是应用比较普遍的一类相干态模型，该模型是符合现行安全性证明框架的性能最高的一类模型。但其存在一个问题，要想证明该模型的安全性，理论上要求对激光的调制要能做到理想连续分布，这在实际系统中是不现实的。后有人提出了安全性证明的近似理论，但近似程度越高对调制精度的要求就越高。在现有实验中，通常要求达到8-12个比特的调制精度，这意味着星座图上的星座点将达到100万个点的数量级，精确调制的难度非常大。
发明内容
本发明的目的在于提出一种离散调制的CV-QKD设备，解决了在保证安全性的前提下，现有CV-QKD设备调制难度非常大的问题。
第一方面，提供一种CV-QKD的发送设备，所述设备包括：光源，调制单元，第一随机数发生器和处理器；所述光源，用于产生第一光信号；所述第一随机数发生器，用于产生第一随机数序列；所述处理器，用于接收所述第一随机数序列，根据预设的调制格式符号数，每个符号的分布概率和所述第一随机数序列，得到第一数据序列；根据所述第一数据序列，得到第二数据序列，其中，所述第一数据序列和所述第二数据序列用于得到安全码率；所述调制单元，用于接收所述第一光信号，根据控制信号，对所述第一光信号进行调制，输出第二光信号，其中，所述控制信号根据所述第一数据序列生成，所述第二光信号包括n种量子态，n为不小于8的正整数。
在本申请实施例中，通过第二数据序列的引入，可以降低输出光信号的量子态个数，降低实现难度。而且，本申请实施例具有严格的安全性证明，符合业界要求。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述根据所述第一数据序列，得到第二数据序列，具体包括：根据预设的概率分布函数集合中的选定概率分布函数和获取的第二随机数序列，得到第二数据序列，其中，所述选定概率分布函数由所述第一数据序列中的数据决定，表示所述第二数据序列中的数据的分布概率。
结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述根据所述第一数据序列，得到第二数据序列，具体包括：根据预设概率分布函数和获得的第二随机数序列，得到第四数据，所述第四数据加上选定值，得到第二数据，其中，所述选定值由所述第一数据序列中的数据决定，所述第二数据序列包括多个所述第二数据，所述预设概率分布函数表示所述第二数据序列中的数据的分布概率。
上述两个实施例即为获取第二数据序列的两种不同方式，都可以实现本申请的目的。
结合第一方面的第一种或第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述设备还包括第二随机数发生器，用于产生第二随机数序列。
结合第一方面的第一种或第二种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述第一随机数发生器，还用于通过分时复用的方式产生第二随机数序列。
上述两个实施例是第二随机数序列的产生方式，只需保证产生的第二随机数序列与第一随机数序列不同即可。
结合第一方面以及第一方面的第一种至第四种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述第一随机数序列和所述第二随机数序列均为均匀分布的随机数序列。采用均匀分布的随机数序列，可以降低获取第一或第二数据序列时的复杂度，进一步降低实现难度。
结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述根据选定概率分布函数和获取的第二随机数序列，得到第二数据序列，具体包括：根据所述选定概率分布函数和所述第二数据的预设取值范围，得到所述第二数据的值集以及所述值集中每个数值的出现概率；根据M个第二随机数表示的值与所述值集中数值的对应关系，在所述值集中选出所述第二数据的值，其中，所述对应关系根据所述M个第二随机数表示的每个值的出现概率和所述值集中每个数值的出现概率设定；所述M个第三随机数表示的至少一个值与所述值集中的某一数值对应，所述至少一个值的出现概率之和与所述值集中的对应数值的出现概率相同，M为正整数。
结合第一方面以及第一方面的第一种至第六种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述调制单元包括调制器和衰减器；所述调制器，用于接收所述第一光信号，根据控制信号，对所述第一光信号进行调制，输出第二光信号给所述衰减器，其中，所述控制信号根据所述第一数据序列生成；所述衰减器，用于将所述第二光信号衰减到第一阈值以下，输出衰减后的第二光信号；或，所述衰减器，用于接收所述第一光信号，将所述第一光信号衰减到第二阈值以下，将衰减后的第一光信号发送给所述调制器；所述调制器，用于根据控制信号，对所述衰减后的第一光信号进行调制，输出第二光信号，其中，所述控制信号根据所述第一数据序列生成。
由于是CV-QKD发送设备，在发送第二光信号时，要将其衰减到量子量级，故需要引入衰减器，至于衰减器位于调制器的哪一侧，并不需要限定。
结合第一方面以及第一方面的第一种至第七种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述设备还包括接收器，所述接收器用于接收第三数据序列，所述第三数据序列包括所述第二光信号经过光信道后的测量值的随机一部分数据；所述处理器，还用于根据所述第二数据序列和所述第三数据序列，得到协方差矩阵其中，γA、φAC以及γC为预设值，φCB根据所述第二数据序列和所述第三数据序列得出，γB根据所述第三数据序列得出，上标T代表矩阵转置；根据所述协方差矩阵，得到满足第一条件的φAB的值，所述第一条件为：γACB+iΩN≧0，其中，ΩN为对角线上的数据均为Ω的N×N的分块矩阵，N为不小于3的正整数；计算出每一个所述满足第一条件的φAB的值对应的安全码率值，得到CV-QKD的安全码率，其中，所述CV-QKD的安全码率为所述安全码率值中的最小值。
第二方面，提供一种连续变量量子密钥分发(CV-QKD)的接收设备，所述设备包括第一接收器，第二接收器和处理器；所述第一接收器，用于接收第三光信号，对所述第三光信号进行测量及采样处理，得到第五数据序列，其中，所述第三光信号是发送设备发送过来的，包括n种量子态，n为不小于8的正整数，所述第五数据序列用于得到安全码率；所述第二接收器，用于接收第六数据序列，其中，所述第六数据序列包括发送设备的第一数据序列的随机一部分数据，所述第一数据序列由预设的调制格式符号数和每个符号的分布概率确定；所述处理器，用于根据所述第六数据序列，产生第七数据序列，其中，所述第六数据序列和所述第七数据序列用于得到安全码率。
本实施例适用于发送设备并没有得到用于获取安全码率的第二数据序列，这步由接收设备执行的情况。
结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述根据所述第六数据序列，得到第七数据序列，具体包括：根据预设的概率分布函数集合中的选定概率分布函数和获取的第三随机数序列，得到第七数据序列，其中，所述选定概率分布函数由所述第六数据序列中的数据决定，表示所述第七数据序列中的数据的分布概率。
结合第二方面，在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述根据所述第六数据序列，得到第七数据序列，具体包括：根据预设概率分布函数和获得的第三随机数序列，得到第八数据，所述第八数据加上选定值，得到第七数据，其中，所述选定值由所述第六数据序列中的数据决定，所述第七数据序列包括多个所述第七数据，所述预设概率分布函数表示所述第七数据序列中的数据的分布概率。
结合第二方面的第一种或第二种可能的实现方式，在第二方面的第三种可能的实现方式中，其特征在于，所述设备还包括第三随机数发生器，用于产生第三随机数序列。
结合第二方面以及第二方面的第一种至第三种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式，在第二方面的第四种可能的实现方式中，其特征在于，所述第三随机数序列为均匀分布的随机数序列。
结合第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面的第五种可能的实现方式中，所述根据选定的概率分布函数和获取的第三随机数序列，得到第七数据序列，具体包括：根据所述选定的概率分布函数和所述第六数据的预设取值范围，得到所述第六数据的值集以及所述值集中每个数值的出现概率；根据M个第三随机数表示的值与所述值集中数值的对应关系，在所述值集中选出所述第七数据的值，其中，所述对应关系根据所述M个第三随机数表示的每个值的出现概率和所述值集中每个数值的出现概率设定；所述M个第三随机数表示的至少一个值与所述值集中的某一数值对应，所述至少一个值的出现概率之和与所述值集中的对应数值的出现概率相同，M为正整数。
结合第二方面以及第二方面的第一种至第五种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式，在第二方面的第六种可能的实现方式中，所述处理器还用于：
根据所述第七数据序列和所述第五数据序列，得到协方差矩阵其中，γA、φAC以及γC为预设值，φCB根据所述第七数据序列和所述第五数据序列得出，γB根据所述第五数据序列得出，上标T代表矩阵转置；
根据所述协方差矩阵，得到满足第一条件的φAB的值，所述第一条件为：γACB+iΩN≧0，其中，ΩN为对角线上的数据均为Ω的N×N的分块矩阵，N为不小于3的正整数；
计算出每一个所述满足第一条件的φAB的值对应的安全码率值，得到CV-QKD的安全码率，其中，所述CV-QKD的安全码率为所述安全码率值中的最小值。
第三方面，提供一种CV-QKD的发送设备，所述发送设备包括光源，调制单元，第一随机数发生器，处理器和接收器；所述光源用于产生第一光信号；所述第一随机数发生器用于产生第一随机数序列；所述处理器用于接收所述第一随机数序列，根据预设的调制格式符号数，每个符号的分布概率和所述第一随机数序列，得到第一数据序列，其中，所述第一数据序列用于得到安全码率；所述调制单元用于接收所述第一光信号，根据控制信号，对所述第一光信号进行调制，输出第二光信号，其中，所述控制信号根据所述第一数据序列生成，所述第二光信号包括n种量子态，n为不小于8的正整数；所述接收器用于接收第三数据序列和第十数据序列，其中，所述第三数据序列包括所述第五数据序列的随机一部分数据，所述第十数据序列包括所述第七数据序列的全部数据或随机一部分数据；
所述处理器还用于还用于根据所述第十数据序列以及所述第三数据序列，得到协方差矩阵其中，γA、φAC以及γC为预设值，φCB根据所述第十数据序列和所述第三数据序列得出，γB根据所述第三数据序列得出，上标T代表矩阵转置；
根据所述协方差矩阵，得到满足第一条件的φAB的值，所述第一条件为：γACB+iΩN≧0，其中，ΩN为对角线上的数据均为Ω的N×N的分块矩阵，N为不小于3的正整数；计算出每一个所述满足第一条件的φAB的值对应的安全码率值，得到CV-QKD的安全码率，其中，所述CV-QKD的安全码率为所述安全码率值中的最小值；
本申请实施例适用于发送设备并没有得到用于获取安全码率的第二数据序列，但执行了安全码率的计算步骤的情况。
第四方面，提供一种CV-QKD的接收设备，所述接收设备包括第一接收器，第二接收器和处理器，所述第一接收器用于接收第三光信号，对所述第三光信号进行测量及采样处理，得到第五数据序列，其中，所述第三光信号是发送设备发送过来的，包括n种量子态，n为不小于8的正整数，所述第五数据序列用于得到安全码率；所述第二接收器，用于接收第九数据序列，所述第九数据序列用于产生安全码率；
所述处理器用于根据所述第九数据序列以及所述第五数据序列，得到协方差矩阵其中，γA、φAC以及γC为预设值，φCB根据所述第九数据序列和所述第五数据序列得出，γB根据所述第五数据序列得出，上标T代表矩阵转置；
根据所述协方差矩阵，得到满足第一条件的φAB的值，所述第一条件为：γACB+iΩN≧0，其中，ΩN为对角线上的数据均为Ω的N×N的分块矩阵，N为不小于3的正整数；计算出每一个所述满足第一条件的φAB的值对应的安全码率值，得到CV-QKD的安全码率，其中，所述CV-QKD的安全码率为所述安全码率值中的最小值。
本实施例提供的接收设备不执行得到用于获取安全码率的第二数据序列的过程，只执行了安全码率的计算过程，是本申请的一种可能情况。
第五方面，提供一种CV-QKD的发送方法，所述方法包括：生成第一光信号和第一随机数序列；根据预设的调制格式符号数，每个符号的分布概率和所述第一随机数序列，得到第一数据序列；根据所述第一数据序列，得到第二数据序列，其中，所述第一数据序列和所述第二数据序列用于得到安全码率；根据所述第一数据序列，对所述第一光信号进行调制，输出第二光信号，其中，所述第二光信号包括n种量子态，n为不小于8的正整数。
本实施例是与第一方面对应的发送方法，通过第二数据序列的引入，可以降低输出光信号的量子态个数，降低实现难度。而且，本实施例具有严格的安全性证明，符合业界要求。
结合第五方面，在第五方面的第一种可能的实现方式中，在根据所述第一数据序列，得到第二数据序列之前，所述方法还包括：生成第二随机数序列；
所述根据所述第一数据序列，得到第二数据序列，具体包括：根据选定的概率分布函数和所述第二随机数序列，得到第二数据序列，其中，所述选定的概率分布函数由所述第一数据序列中的数据决定。
结合第五方面，在第五方面的第二种可能的实现方式中，在根据所述第一数据序列，得到第二数据序列之前，所述方法还包括：生成第二随机数序列；
所述根据所述第一数据序列，得到第二数据序列，具体包括：根据预设概率分布函数和获得的第二随机数序列，得到第四数据，所述第四数据加上选定值，得到第二数据，其中，所述选定值由所述第一数据序列中的数据决定，所述第二数据序列包括多个所述第二数据。
结合第五方面的第一种或第二种可能的实现方式，在第五方面的第三种可能的实现方式中，所述第一随机数序列和所述第二随机数序列均为均匀分布的随机数序列。
结合第五方面的第一种可能的实现方式，在第五方面的第四种可能的实现方式中，所述根据选定的概率分布函数和所述第二随机数序列，得到第二数据序列，具体包括：根据所述选定的概率分布函数和所述第二数据的预设取值范围，得到所述第二数据的值集以及所述值集中每个数值的出现概率；根据M个第二随机数表示的值与所述值集中数值的对应关系，在所述值集中选出所述第二数据的值，其中，所述对应关系根据所述M个第二随机数表示的每个值的出现概率和所述值集中每个数值的出现概率设定；所述M个第三随机数表示的至少一个值与所述值集中的某一数值对应，所述至少一个值的出现概率之和与所述值集中的对应数值的出现概率相同，M为正整数。
结合第五方面以及第五方面的第一种至第四种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式，在第二五面的第五种可能的实现方式中，所述根据所述第一数据序列，对所述第一光信号进行调制，输出第二光信号，具体包括：根据所述第一数据序列，对所述第一光信号进行调制，得到第二光信号；将所述第二光信号衰减到第一阈值以下，输出衰减后的第二光信号；或，将所述第一光信号衰减到第二阈值以下；根据所述第一数据序列，对所述衰减后的第一光信号进行调制，输出第二光信号。
结合第五方面以及第五方面的第一种至第五种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式，在第五方面的第六种可能的实现方式中，所述方法还包括：
根据所述第二数据序列和所述第三数据序列，得到协方差矩阵其中，γA、φAC以及γC为预设值，φCB根据所述第二数据序列和所述第三数据序列得出，γB根据所述第三数据序列得出，上标T代表矩阵转置，所述第三数据序列包括所述第二光信号经过光信道后的测量值的随机一部分数据；
根据所述协方差矩阵，得到满足第一条件的φAB的值，所述第一条件为：γACB+iΩN≧0，其中，ΩN为对角线上的数据均为Ω的N×N的分块矩阵，N为不小于3的正整数；计算出每一个所述满足第一条件的φAB的值对应的安全码率值，得到CV-QKD的安全码率，其中，所述CV-QKD的安全码率为所述安全码率值中的最小值。
第六方面，提供一种CV-QKD的接收方法，所述方法包括：接收第二光信号，对所述第二光信号进行测量及采样处理，得到第五数据序列，其中，所述第二光信号是发送设备发送过来的，包括n种量子态，n为不小于8的正整数；接收第六数据序列，其中，所述第六数据序列包括发送设备的第一数据序列的随机一部分数据，所述第一数据序列由预设的调制格式符号数和每个符号的分布概率确定；根据所述第六数据序列，产生第七数据序列，其中，所述第六数据序列和所述第七数据序列用于得到安全码率。
结合第六方面，在第六方面的第一种可能的实现方式中，在根据所述第六数据序列，得到第七数据序列之前，所述方法还包括：生成第三随机数序列；
所述根据所述第六数据序列，得到第七数据序列，具体包括：根据选定的概率分布函数和获取的第三随机数序列，得到第七数据序列，其中，所述选定的概率分布函数由所述第六数据序列中的数据决定。
结合第六方面，在第六方面的第二种可能的实现方式中，在根据所述第六数据序列，得到第七数据序列之前，所述方法还包括：生成第三随机数序列；
所述根据所述第六数据序列，得到第七数据序列，具体包括：根据预设概率分布函数和获得的第三随机数序列，得到第八数据，所述第八数据加上选定值，得到第七数据，其中，所述选定值由所述第六数据序列中的数据决定，所述第七数据序列包括多个所述第七数据。
结合第六方面的第一种或第二种实现方式，在第六方面的第三种可能的实现方式中，所述第三随机数序列为均匀分布的随机数序列。
结合第六方面的第一种可能的实现方式，在第六方面的第四种可能的实现方式中，所述根据选定的概率分布函数和获取的第三随机数序列，得到第七数据序列，具体包括：根据所述选定的概率分布函数和所述第六数据的预设取值范围，得到所述第六数据的值集以及所述值集中每个数值的出现概率；根据M个第三随机数表示的值与所述值集中数值的对应关系，在所述值集中选出所述第七数据的值，其中，所述对应关系根据所述M个第三随机数表示的每个值的出现概率和所述值集中每个数值的出现概率设定；所述M个第三随机数表示的至少一个值与所述值集中的某一数值对应，所述至少一个值的出现概率之和与所述值集中的对应数值的出现概率相同，M为正整数。
结合第六方面以及第六方面的第一种至第四种可能的实现方式中的任意一种可能的实现方式，在第六方面的第五种可能的实现方式中，所述方法还包括：
根据所述第七数据序列和所述第五数据序列，得到协方差矩阵其中，γA、φAC以及γC为预设值，φCB根据所述第七数据序列和所述第五数据序列得出，γB根据所述第五数据序列得出，上标T代表矩阵转置；
根据所述协方差矩阵，得到满足第一条件的φAB的值，所述第一条件为：γACB+iΩN≧0，其中，ΩN为对角线上的数据均为Ω的N×N的分块矩阵，N为不小于3的正整数；计算出每一个所述满足第一条件的φAB的值对应的安全码率值，得到CV-QKD的安全码率，其中，所述CV-QKD的安全码率为所述安全码率值中的最小值。
第七方面，提供一种CV-QKD系统，包括如第一方面的第八种实现方式所述的发送设备，以及接收设备；所述接收设备用于接收第三光信号，对所述第三光信号进行测量及采样处理，得到第五数据序列，其中，所述第三光信号是所述第二光信号经过光信道之后的信号；将所述第五数据序列进行随机抽样，得到所述第三数据序列，将所述第三数据序列发送给所述发送设备；
或，
包括如第一方面以及第一方面的第一种至第七种可能的实现方式中的任一种实现方式所述的发送设备，以及如第四方面所述的接收设备；所述发送设备还包括发射器，所述发射器用于将第九数据序列发给所述接收设备，其中，所述第九数据序列包括所述第二数据序列的随机一部分数据；
或，
包括如第三方面所述的发送设备以及如第二方面以及第二方面的第一种至第五种可能的实现方式中的任一种实现方式所述的接收设备；所述接收设备还用于将所述第五数据序列和所述第七数据序列进行随机抽样，分别得到第三数据序列和第十数据序列，将所述第三数据序列和第十数据序列发送给所述发送设备；
或，
包括发送设备以及如第二方面的第六种可能的实现方式所述的接收设备；
所述发送设备包括光源，调制单元，第一随机数发生器，处理器和发射器；所述光源用于产生第一光信号；所述第一随机数发生器用于产生第一随机数序列；所述处理器用于接收所述第一随机数序列，根据预设的调制格式符号数，每个符号的分布概率和所述第一随机数序列，得到第一数据序列，其中，所述第一数据序列用于得到安全码率；所述调制单元用于接收所述第一光信号，根据控制信号，对所述第一光信号进行调制，输出第二光信号，其中，所述控制信号根据所述第一数据序列生成，所述第二光信号包括n种量子态，n为不小于8的正整数；所述发射器用于将第六数据序列发送给接收设备，其中，所述第六数据序列包括所述第一数据序列的随机一部分数据。
第八方面，提供一种安全码率计算方法，所述方法包括：根据第二数据序列以及第三数据序列，得到协方差矩阵
其中，γA、φAC以及γC为预设值，φCB根据所述第二数据序列和所述第三数据序列得出，γB根据所述第三数据序列得出，上标T代表矩阵转置；第二数据序列根据第一数据序列确定，确定方式可以为之前实施例中公开的方式中的任意一种，第一数据序列根据预设的调制格式符号数和每个符号的分布概率确定；第三数据序列为CV-QKD发送设备发出的光信号经过光信道的测量值的随机一部分数据；
根据该协方差矩阵，得到满足第一条件的φAB的值，第一条件为：γACB+iΩN≧0，其中，ΩN为对角线上的数据均为Ω的N×N的分块矩阵，N为不小于3的正整数；
计算出每一个满足第一条件的φAB的值对应的安全码率值，得到CV-QKD的安全码率，其中，CV-QKD的安全码率为该安全码率值中的最小值。
结合第八方面，在第八方面的第一种可能的实现方式中，所述安全码率计算方法可以应用于CV-QKD的发送设备，也可以应用于CV-QKD接收设备。
第九方面，提供一种应用于CV-QKD系统的数据序列获得方法，所述方法包括：生成第一随机数序列和第二随机数序列；根据所述第一随机数序列，预设值和所述预设值的分布概率，得到第一数据序列；根据选定的概率分布函数和所述第二随机数序列，得到第二数据序列，其中，所述选定的概率分布函数由所述第一数据序列中的数据决定。
结合第九方面，在第九方面的第一种可能的实现方式中，所述根据选定的概率分布函数和所述第二随机数序列，得到第二数据序列，具体包括：根据所述选定的概率分布函数和所述第二数据的预设取值范围，得到所述第二数据的值集以及所述值集中每个数值的出现概率；根据M个第二随机数表示的值与所述值集中数值的对应关系，在所述值集中选出所述第二数据的值，其中，所述对应关系根据所述M个第二随机数表示的每个值的出现概率和所述值集中每个数值的出现概率设定；所述M个第三随机数表示的至少一个值与所述值集中的某一数值对应，所述至少一个值的出现概率之和与所述值集中的对应数值的出现概率相同，M为正整数。
结合第九方面或第九方面的第一种可能的实现方式，在第九方面的第二种可能的实现方式中，所述第一随机数序列和所述第二随机数序列均为均匀分布的随机数序列。
第十方面，提供一种应用于CV-QKD系统的数据序列获得方法，所述方法包括：生成第一随机数序列和第二随机数序列；根据所述第一随机数序列，预设值和所述预设值的分布概率，得到第一数据序列；根据预设概率分布函数和获得的第二随机数序列，得到第四数据，所述第四数据加上选定值，得到第二数据，其中，所述选定值由所述第一数据序列中的数据决定，所述第二数据序列包括多个所述第二数据。
第十一方面，提供一种计算机存储介质，用于储存实现如第八方面所示的安全码率计算方法的计算机软件指令，其包含用于执行上述方法所设计的程序。通过执行存储的程序，可以实现本申请实施例提供的CV-QKD安全码率计算方法。
第十二方面，提供一种计算机存储介质，用于储存实现如第九方面或第十方面以及第九方面任一种可能的实现方式所示的数据序列获得方法的计算机软件指令，其包含用于执行上述方法所设计的程序。通过执行存储的程序，可以实现本申请实施例提供的用于CV-QKD系统的数据序列获得方法。
在本申请实施例中，通过第二数据序列的引入，可以实现降低输出光信号的量子态个数，进而降低实现难度的功能。需要说明的是，本申请实施例公开的CV-QKD设备具有严格的安全性证明，符合业界要求。
附图说明
图1为本申请实施例提供的CV-QKD发送设备；
图2(a)为本申请另一实施例提供的CV-QKD发送设备；
图2(b)为本申请另一实施例提供的CV-QKD发送设备；
图3为本申请另一实施例提供的CV-QKD发送设备；
图4为本申请另一实施例提供的CV-QKD接收设备；
图5为本申请另一实施例提供的一种安全性证明模型；
图6为本申请另一实施例提供的CV-QKD发送设备；
图7为本申请另一实施例提供的CV-QKD接收设备；
图8为本申请另一实施例提供的另一种安全性证明模型；
图9为一部分可以适用于本申请实施例提供的CV-QKD系统的调制格式的星座图；
图10(a)为图6所示的安全性证明模型在采用256QAM的条件下，与高斯协议的安全码率对比结果；
图10(b)为图6所示的安全性证明模型在采用64QAM的条件下，与高斯协议的安全码率对比结果；
图11为本申请另一实施例提供的CV-QKD发送方法流程图；
图12为本申请另一实施例提供的CV-QKD接收方法流程图；
图13为本申请另一实施例提供的CV-QKD的安全码率计算方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
在CV-QKD系统中，一个CV-QKD协议要包含两个等价模型，第一个是制备和测量(Prapare-and-Measure,PM)模型，PM模型通常不需要使用纠缠源，因此容易实现，常被用作实际系统执行的模型。另一个是基于纠缠的(Entanglement-Based,EB)模型。EB模型由于使用了纠缠源，在安全性证明上具有很大的便利性，但也正是因为目前的纠缠源制作技术还不够实用，因此EB模型较难以在实际系统中执行。因此，在设计CV-QKD协议时，为了在保证安全性的前提下，使用现有技术实现可商用的系统，通常都会同时设计一对相互等价的PM和EB模型。这样就可以使用EB模型来证明安全性，同时使用PM模型来具体制作实用化的系统。
任何一个实用的CV-QKD系统都要具备相互等价的EB模型和PM模型，只具有EB模型则实际执行困难，只具有PM模型则安全性没有保证。为了解决现有的CV-QKD设备在保证安全性的条件下，调制难度非常大的问题，本申请实施例提出了一种具有完善的安全性证明的CV-QKD系统，也就是说，该CV-QKD系统(PM模型)具有与之等价的EB模型，可以实现完善的安全性证明，该系统的发送设备如图1所示，包括：光源101，调制单元104，第一随机数发生器102和处理器103；
光源101，用于产生第一光信号；第一随机数发生器102，用于产生第一随机数序列；处理器103，用于接收第一随机数序列，根据预设的调制格式符号数，每个符号的分布概率和第一随机数序列，得到第一数据序列；根据第一数据序列，得到第二数据序列，其中，第一数据序列和第二数据序列用于得到安全码率；调制单元104，用于接收第一光信号，根据控制信号，对第一光信号进行调制，输出第二光信号，其中，该控制信号根据第一数据序列生成，第二光信号包括n种量子态，n为不小于8的正整数。
其中，调制格式的符号数和每个符号的分布概率都是预先设定好的，根据这两个预先设定的信息，以及第一随机数序列，即可生成第一数据序列，具体可以采用如下方式：
首先，调制格式符号数和每个符号的分布概率是已知的，每个符号对应输出的第二光信号的一个量子态；而第一数据序列的一个功能就是用于对第一光信号进行调制，产生第二光信号，故第一数据序列中的每个数据都可以认为是对应第二光信号的一个量子态。即第一数据序列的数据与预设的调制格式符号有一一对应关系，也就是说，第一数据序列中数据的可能值和每个值的分布概率也是已知的。
其次，每个不同时刻调制的具体符号是不确定的，与每个符号的分布概率有关，例如，假设调制格式为256位正交振幅调制(256Quadrature Amplitude Modulation，256QAM)，第15符号的分布概率为1％，第30符号的概率为5％，则当前时刻调制的具体符号有1％的概率为第15符号，有5％的概率为第30符号。因此，需要第一随机数序列来帮助确定第一数据序列。根据第一随机数序列中每L个随机数表示的值以及预设的该值与第一数据序列中数据的对应关系，可以得到第一数据序列，该对应关系是根据该L个第一随机数表示的每个值的出现概率和每个符号的分布概率设定，该L个第一随机数表示的至少一个值对应一个符号。
举个例子，假设K＝20，20个随机数存在2的20次方种(1048576种)可能值，每个值的出现概率为1/1048576，约10486个可能值的出现概率之和为1％，可以预先设定某10486个可能值与第15符号对应，只要20个随机数的值在这10486种可能值中，即可知道对应的是第15符号，从而确定第一数据序列的当前值。以此类推，可以预先设置随机数序列的可能值与不同符号之间的对应关系，根据一个随机数序列，即可以得出第一数据序列。
上例中的随机数序列为均匀分布的随机数序列，这是一种可选的方案。另外，随机数序列也可以为不均匀的，例如，满足高斯分布的随机数序列，同样也可以选取20个随机数来对应一个符号，区别在于，每种可能值的出现概率不再相同，有可能出现某5000个可能值或某7000个可能值的出现概率之和等于1％，可以预先设定该5000个可能值或该7000个可能值与第15符号对应，其余步骤不变。
需要说明的是，上述方案只是根据调制格式符号数和每个符号的分布概率，生成第一数据序列的一种可行方式，也可以采用某种算法来生成第一数据序列，或者任意其他的可行方式，本申请在此不对生成第一数据序列的具体方式做限定。
在本申请实施例中，在获得第一数据序列之后，要根据该序列，得到第二数据序列，其中，第二数据序列用于获取安全码率，同时也是本申请实施例通过其等价的EB实现安全性证明的关键之一。第二数据序列的获取方式有以下几种：
(1)根据选定的概率分布函数和获取的第二随机数序列，得到第二数据序列，其中，选定的概率分布函数由第一数据序列中的数据决定。
具体的，第一数据序列中的每个数据都对应一个概率分布函数，如果第一数据序列在当前时刻的值确定了，则该值对应的概率分布函数即为选定的概率分布函数。需要说明的是，第一数据序列中两个不同的数据可能对应相同的概率分布函数，也可能对应不同的概率分布函数。
根据该选定的概率分布函数和第二数据的预设取值范围，得到第二数据的值集以及该值集中每个数值的出现概率；例如，假定第二数据在-10到+10之间取值，由于实际系统不可能实现对任意连续数据进行无限精度采样，故需要对第二数据的取值进行离散化，为简单起见，假设第二数据就是-10到+10之间的整数，则第二数据的值集就为{-10，-9，-8。。。+9，+10}。由于概率分布函数已经选好，就可以确定该值集中每个数值的出现概率，如果概率分布函数是均匀分布，那每个数值的出现概率均为1/21；如果概率分布函数不是均匀分布，那每个数值都具有自己的出现概率。
进一步地，根据第二随机数序列中每M个第二随机数表示的值与所述值集中数值的预设对应关系，在所述值集中选出第二数据的值，其中，该预设对应关系根据该M个第二随机数表示的每个值的出现概率和值集中每个数值的出现概率设定，该M个第二随机数表示的至少一个值对应该值集中的某一个数值，M为正整数。
简单来说，假设M＝20，第二随机数也是具有2的20次方种(1048576种)可能值，每个值的出现概率为1/1048576，约10486个可能值的出现概率之和为1％，约104857个可能值的出现概率之和为10％。如果在当前时刻的概率分布函数中，-10的概率为1％，+10的概率为10％，则可以设定某10486个可能值与-10对应，只要该20个随机数的值在这10486种可能值中，即可知道第二数据为-10；在剩余的可能值中，也可以设定某104857个可能值与+10对应，只要该20个随机数的值在这104857种可能值中，即可知道第二数据为+10。上述对应关系是预先设定好的，只要保证该20个随机数的可能值不同时对应两个不同的数据即可，因此根据第二随机数序列中每M个数的取值，即可确定出第二数据序列。
应理解，对于每一个选定的概率分布函数，都具有一个类似于上例中的对应关系，根据这些对应关系，即可实现根据第二随机数序列，来生成第二数据序列。如果M个第二随机数的可能值少于值集中的数值，那就有可能永远得不到值集中的某一数值，这是不符合要求的。M个第二随机数的可能值越多，得到的第二数据序列的概率分布函数就越接近理论要求，性能越好。
可选地，上例中的第二随机数序列也可以是不均匀分布的随机数序列，例如，满足高斯分布的随机数序列。具体的，第二随机数序列可以由一个新的随机数发生器来产生，也可以由现有的第一随机数发生器通过分时复用或其他复用方式产生，只需保证第一随机数序列和第二随机数序列不相同即可。
(2)根据预设概率分布函数和获得的第二随机数序列，得到第四数据，第四数据加上选定值，得到第二数据，其中，该选定值由该第一数据序列中的数据决定，第二数据序列包括多个第二数据。
在这个方案中，概率分布函数是预先设定好的，并不会改变，也就无需去确定当前的概率分布函数是哪个。而获得第四数据的方式，与方案(1)中，在选定预设概率分布函数的条件下获取第二数据的方式是一样的，在前面已经给出了具体的实现方式，本实施例在此不再赘述。
在得到第四数据之后，还需要加上一个数值，才能得到第二数据；将所加的数值统称为Z，Z与第一数据序列有关，可以是正数也可以是负数。具体来说，第一数据序列中的每个数据都对应一个Z，第一数据序列中两个不同的数据可能对应相同的Z，也可能对应不同的Z，如果第一数据序列在当前时刻的值确定了，则该值对应的Z即为选定值。例如，按照方案(1)中计算第二数据的方式，根据第二随机数序列中的M个随机数，得到第四数据的值为10，而此时的第一数据对应的选定值为1，就可以得到第二数据为11；下一时刻，根据第二随机数序列中随后的M个随机数，得到第四数据的值为8，而此时的第一数据对应的选定值为-2，则第二数据为6。依次类推，既可得到第二数据序列。
可选地，上例中的第二随机数序列也可以是不均匀分布的随机数序列，例如，满足高斯分布的随机数序列。具体的，第二随机数序列可以由一个新的随机数发生器来产生，也可以由现有的第一随机数发生器通过分时复用或其它复用方式产生，只需保证第一随机数序列和第二随机数序列不相同即可。
(3)第一数据序列中的每个数据会对应一个预设值，第二数据序列包括多个该预设值，例如，假设第一数据序列中的数据为1时，对应预设值3，第一数据序列中的数据为5时，对应预设值10；此时，只要第一数据序列中的数据为1，则第二数据序列的数据就确定为3，只要第一数据序列中的数据为5，则第二数据序列的数据就确定为10；无需再额外引入一个新的随机数序列，也可以得到第二数据序列。其中，由于输出的第二光信号的量子态是由第一数据序列决定的，与第二数据序列无关，在计算安全码率的时候，可以直接采用方法(1)中选定概率分布函数的均值，而该均值即为预设值。
需要说明的是，在最严格的理论中，要求随机数发生器生成的是真随机数，而在实际应用中，基于量子力学内禀随机性所设计的随机数发生器所产生的量子随机数是最接近真随机数的，可以作为本申请的第一随机数发生器和第二随机数发生器。另外，在要求不太高的系统，或者对窃听者攻击手段有限制的情况下，本申请的第一随机数发生器和第二随机数发生器也可以为基于算法或经典随机现象来产生随机数的随机数发生器。
需要说明的是，第一光信号可以为连续光信号，也可以是脉冲光信号，产生连续光信号和脉冲光信号的光源均有多种实现方案，本申请实施例对此不做限定。
在本申请实施例中，该调制单元104包括调制器2042和衰减器2041，结构如图2(a)和图2(b)所示，衰减器2041可以放在调制器2042之后，也可以放在光源201和调制器2042之间。如果衰减器2041放在调制器2042之后，调制器2042用于接收光源201发出的第一光信号，根据控制信号，对第一光信号进行调制，输出第二光信号给衰减器2041，其中，该控制信号是根据第一数据序列生成的；衰减器2041用于将第二光信号衰减到第一阈值以下，输出衰减后的第二光信号。如果衰减器2041放在光源201和调制器2042之间，衰减器2041用于接收光源201发出的第一光信号，将第一光信号衰减到第二阈值以下，将衰减后的第一光信号发送给调制器2042；调制器2042用于根据控制信号，对衰减后的第一光信号进行调制，输出第二光信号，其中，该控制信号根据第一数据序列生成。可选地，以光功率来看，第一阈值与第二阈值的差值等于调制器的衰减值。
可选地，处理器203可以输出第一数据序列给调制单元104，由调制单元104中存在的另一片处理器识别第一数据序列，并将其转换成控制信号；处理器203也可以将第一数据序列转换成控制信号，将控制信号输出给调制单元中的调制器2042。
进一步地，在计算安全码率的过程中，除了第二数据序列之外，输出的第二光信号经过光信道传输之后，被接收设备测量的数据也需要用到，因此，CV-QKD系统的发送设备还包括接收器305，如图3所示，该接收器305用于接收第三数据序列，该第三数据序列包括第二光信号经过光信道后的测量值的随机一部分数据。计算安全码率的方式如下：
根据第二数据序列以及第三数据序列，得到协方差矩阵：
其中，γA、φAC以及γC为预设值，φCB根据所述第二数据序列和所述第三数据序列得出，γB根据所述第三数据序列得出，上标T代表矩阵转置；如果协方差矩阵的每一项都是知道的，那么安全码率就是可以直接计算出的。因为上述协方差矩阵中的子矩阵φAB是完全未知的，故需要进行遍历搜索。
根据协方差矩阵，得到满足第一条件的φAB的值，该第一条件为：γACB+iΩN≧0，其中，ΩN为对角线上的数据均为Ω的N×N的分块矩阵，N为不小于3的正整数。
得到满足第一条件的所有φAB值，将每个得到的φAB的值带入安全码率的计算公式，得到对应的安全码率值，从这些得到的安全码率值中选出最小的一个作为CV-QKD系统的安全码率。
应理解，为了得到量子密钥，还包括诸如比对与筛选，纠错以及私钥放大等处理，但这些步骤均为现有技术，且存在多种实现方式，故本申请实施例对这些步骤并不做限定。
在本申请实施例中，通过第二数据序列的引入，可以在保证安全性和性能的基础上，降低输出光信号的量子态个数，降低实现难度。现有的相干态高斯调制模型，就算进行近似处理，也需要输出光信号的量子态达到28×28量级，而本申请实施例的输出光信号，量子态个数n满足：28×28﹥n≥8即可，例如，n＝64或256等，大幅降低了实现难度。
需要说明的是，本申请实施例的方案在8﹥n≥2时，也可以运行，但是获得的安全码率比较低。如果发送设备和接收设备的距离比较近，例如几公里的距离，本申请实施例只需满足n≥2即可运行。
本申请另一实施例还提供了一种CV-QKD系统的接收设备，如图4所示，该CV-QKD系统的接收设备包括：第一接收器401，第二接收器402和处理器403；
第一接收器401，用于接收第三光信号，对第三光信号进行测量及采样处理，得到第三数据序列，其中，第三光信号是发送设备发送过来的，包括n种量子态，n为不小于8的正整数；第三数据序列用于得到安全码率；
需要说明的是，第三光信号即为发送设备输出的第二光信号经过光信道之后的信号，由于光信道存在一些干扰，第三光信号的信号质量会比第二光信号有一些劣化。
第二接收器402，用于接收第六数据序列，其中，该第六数据序列包括发送设备的第一数据序列的随机一部分数据，该第一数据序列由预设的调制格式符号数和每个符号的分布概率确定；
处理器403，用于根据第六数据序列，产生第七数据序列，其中，第七数据序列用于得到安全码率。
在本实施例中，产生第七数据序列的方案包括：(1)根据选定的概率分布函数和获取的第三随机数序列，得到第七数据序列，其中，选定的概率分布函数由第六数据序列中的数据决定；(2)根据预设概率分布函数和获得的第三随机数序列，得到第八数据，该第八数据加上选定值，得到第七数据，其中，选定值由第六数据序列中的数据决定，第七数据序列包括多个第七数据；(3)第六数据序列中的每个数据会对应一个预设值，第六数据序列包括多个该预设值，无需引入一个新的随机数序列。上述第七数据序列产生方案的具体实现方式，在发送设备实施例中已经详细描述过，在此不再赘述。
可选地，本实施例中的第三随机数序列也可以是不均匀分布的随机数序列，例如，满足高斯分布的随机数序列。具体的，第三随机数序列可由一个新的随机数发生器来产生。
可选地，处理器403还用于根第七数据序列和第五数据序列，得到协方差矩阵γACB，利用γACB来计算CV-QKD系统的安全码率。具体的安全码率计算方式在前面的实施例中已经详细描述过，在此不再赘述。
本申请另一实施例还提供了一种CV-QKD系统的发送设备，结构仍如图3所示，包括光源301，调制单元304，第一随机数发生器302，处理器303和接收器305；
光源301，用于产生第一光信号；第一随机数发生器302，用于产生第一随机数序列；处理器303，用于接收第一随机数序列，根据预设的调制格式符号数，每个符号的分布概率和第一随机数序列，得到第一数据序列；其中，第一数据序列用于得到安全码率；调制单元304，用于接收第一光信号，根据控制信号，对第一光信号进行调制，输出第二光信号，其中，该控制信号根据第一数据序列生成，第二光信号包括n种量子态，n为不小于8的正整数；接收器305用于从接收设备接收第三数据序列和第十数据序列，其中，第三数据序列包括第二光信号经过光信道后的测量值的随机一部分数据，所述第十数据序列用于得到安全码率；所述处理器还用于根据第十数据序列和第三数据序列，计算安全码率。
本申请另一实施例还提供了一种CV-QKD系统的接收设备，结构仍如图4所示，包括第一接收器401，第二接收器402和处理器403；
第一接收器401，用于接收第三光信号，对第三光信号进行测量及采样处理，得到第五数据序列，其中，第三光信号是发送设备发送过来的，包括n种量子态，n为不小于8的正整数；第二接收器402，用于接收第九数据序列，其中，该第九数据序列包括发送设备的第二数据序列的随机一部分数据，该第二数据序列由第一数据序列确定；处理器403，用于根据第九数据序列以及第五数据序列，计算安全码率。
需要说明的是，得到第二数据序列(在接收设备中的叫第七数据序列)的过程可以在发送设备执行，也可以在接收设备执行；计算安全码率的过程同样可以在发送设备执行，也可以在接收设备执行，本申请对此不做限定。也就是说，假设获取第二数据序列的过程记为T1，计算安全码率的过程记为T2，则本申请实施例提供了四种不同的CV-QKD系统，包括：(1)执行T1和T2的发送设备以及与现有技术一样的接收设备；(2)执行T1的发送设备和执行T2的接收设备；(3)执行T2的发送设备和执行T1的接收设备；(4)与现有技术一样的发送设备以及执行T1和T2的接收设备。其中，T1和T2的执行过程均在前面的实施例中有过详细描述，在此不再赘述。
上述实施例描述的是实际的CV-QKD系统，相当于CV-QKD协议框架下的PM模型，为了证明该PM模型的安全性，本申请还提出了与之等价的EB模型，基于该等价的EB模型可以得出安全码率的计算方法，并更好地理解上述实施例。下面就对等价EB模型的设计思想以及具体例子进行说明。
如图5所示，发送设备使用多模式纠缠态作为源，并对其中的m个模式A1～Am执行除相干测量外的正定算子取值(Positive-Operator Valued Measure，POVM)测量(图中标记为POVMi)，对其中d个模式C1～Cd执行相干测量(图中标记为Hi)，这些测量会将模式B0投影至量子态集合中的某个相干态上，并发送入非可信信道。经过该信道后在接收设备记为模式B，由接收设备对模式B执行相干测量HB。其中，m≥1,d≥1,m+d+1＝n。此外，这m个POVM测量可以是不同的，也可以是相同的。
可选地，针对m个模式A1～Am的POVM测量，可以是针对每个模式都有一个测量，此时共有m个测量，也可以是一个测量对应多个模式，此时POVM测量的数量将会小于m；针对d个模式C1～Cd的相干测量可以是针对每个模式都有一个测量，此时共有d个测量，也可以是一个测量对应多个模式，此时发送设备测量的数量将会小于d；发送入非可信信道的量子态可以是一个模式B0，也可以是l个模式B1～Bl，此时各模式数量需满足l≥1,m≥1,d≥1,m+d+l＝；n各Bi模式可以是l个相干态，也可以是l个其他量子态，本申请并不做限制。
在图5所示的EB模型中，纠缠源可以是任意物理态，只要承载模式B的物理实体是可以发送至接收设备即可。但在实际应用中，光量子态是最常用的选择，因为其易通过光纤或空间信道进行传输，实用性强。在量子物理学中，对于光量子态，其每一个模式都对应一对儿产生、湮灭算子，符号记为并可根据此定义一对儿正则分量(quadrature)本申请中均采用与文献Rev.Mod.Phys.84,621(2012)相一致的定义，特别的，正则分量的定义与该文献中的公式(6)一致。
在CV-QKD协议中，协方差矩阵是计算安全码率的重要依据，其中，光量子态的协方差矩阵的定义与上述文献中的公式(15)一致。需要指出的是，由于量纲选择的不同，正则分量和协方差矩阵可能存在不同的定义方式，但其所对应的物理本质与本申请选用的参考文献中的定义方式是等价的。
针对图5所示的EB模型，对于经过非可信信道传输后的整体量子态ρACB(其中，下标A代表m个模式A1～Am，下标C代表d个模式C1～Cd，下标B代表l个模式B1～Bl)，将各模式的排列顺序依次定义为：A1A2...AmC1C2...CdB1B2...Bl，则可以写出其协方差矩阵，并将其以分块矩阵的表示方法可以写作：
其中，上标T代表矩阵转置。γA是2m×2m的子矩阵，代表m个模式A1～Am的子协方差矩阵；γC是2d×2d的子矩阵，代表d个模式C1～Cd的子协方差矩阵；γB是2l×2l的子矩阵，代表l个模式B1～Bl的子协方差矩阵。φAC,φAB,φBC则分别是2m×2d、2m×2l、2d×2l的子矩阵。
下面以反向协商为例来说明在该EB模型下如何计算安全码率。反向协商是指以接收设备的数据为参考，发送设备将自己的数据通过纠错等处理步骤，处理为与接收设备数据相同的数据序列。因此，得出安全码率的关键点就是计算窃听者掌握了多少关于接收设备测量结果的信息量。通过协方差矩阵可以给出窃听者窃取信息量的上界，因此可以认为协方差矩阵就决定了安全码率的计算，即安全码率K是协方差矩阵的函数，可以记为：
K＝f(γACB)
其中，f表示映射关系，其与接收设备具体执行的测量方法相关，也与模式的多少相关，有多种表现形式，本申请对该映射关系的具体形式不做限定。
由于要保证CV-QKD系统在任意信道下都具有安全性，故安全码率的计算方法不应当包含任何关于信道的假设，即协方差矩阵的得出就不应当依赖任何信道假设。对于γACB中的各项，其得出方式是：(1)由于模式A1～Am和C1～Cd均未经过信道，而量子态ρACB是CV-QKD协议所设计好的，因此，γA、γC、φAC三个子矩阵都是可以直接计算出的，另外，γC也可以使用针对模式C1～Cd的相干测量结果统计得出；(2)接收方针对模式B1～Bl的测量和发送设备针对模式C1～Cd的测量都是相干测量，因此，γB和φBC是可以使用这些相干测量结果对比统计得出的；(3)由于针对模式A1～Am的测量并非是相干测量，而模式B1～Bl经过非可信信道而变得未知，因此，φAB是无法得出的，即协方差矩阵γACB是不完整的，存在未知项。
我们将所有可能的φAB的集合记为S1。由于信道中的窃听者只能执行符合物理规律的攻击，那么最终量子态ρACB的协方差矩阵应当满足物理条件限制，具体而言，下式是一个符合物理规律的γACB所应当满足的必要条件：
γACB+iΩn≥0
其中，矩阵大于等于0代表其是半正定的；Ωn的定义与上述文献中的式(2)相同，是以k个2×2矩阵Ω为对角元的分块对角矩阵，即一个2k×2k的矩阵，
在上述物理约束条件下，集合S1代表可以满足条件γACB+iΩn≥0的所有φAB取值的集合。
假设用κAB表示S1集合中的数值，将κAB代入安全码率计算公式，则可计算出该取值下的安全码率，即：
由于真实的φAB一定是集合S1中的某个元素，因此，可以通过遍历集合S1中的全部元素，对每一个元素都计算一个安全码率数值，将所有可能安全码率数值的最小值作为EB模型的安全码率，即
上式定义的安全码率是真实窃听对应的安全码率的一个下界，因此上述安全码率是可以保证安全的。如果K计算出来的数值小于或等于0，代表当前轮次的量子密钥分发不成功。上述遍历集合S1的方法存在多种方式，本申请不做限定。
在本申请实施例提供的EB模型中，可以将m个模式A1～Am的测量结果看成一个整体，相当于之前实施例公开的PM模型中发送设备的第一数据序列或接收设备的第六数据序列；将d个模式C1～Cd的测量结果也看成一个整体，相当于之前实施例公开的PM模型的第二数据序列或第七数据序列；另外，由于在实际执行时，通常要求l个模式B1～Bl彼此之间没有关联，因此上述EB模型可以看做是l个只包含一个B模式的EB模型的并行情况，以l＝1的情况(将B模型记为B0)为例即可，又由于C模式的测量是采用相干测量，图5所示的EB模型满足在A模式完成测量之后，B0模式和C模式之间是直积态关态，意味着发出的B0模式的量子态由A模式的测量结果决定；此时，只需设定EB模型中的A模式的测量结果的概率分布与第二光信号的概率分布相同，即可保证本实施例提供的EB模型与之前实施例提供的PM模型是等价的，也就是说，本申请之前实施例提出的PM模型是具有严格的安全性证明的。
需要说明的是，在利用协方差矩阵计算安全码率的过程中，由于γA、γC、φAC三个子矩阵都是可以直接计算出的，在实际执行的过程中，即相当于预先设定好的；而γB是对应B模式的，也就是PM模型中输出的第二光信号的测量结果，故可以根据第三数据序列或第五数据序列进行计算得到；同理，φBC可以根据第二数据序列和第三数据序列(或第七数据序列和第五数据序列)进行计算得到。
综上所述，本申请提出了可以实现的CV-QKD设备，并提出了与之相等价的EB模型，且给出了安全性证明，因此，构成了一种CV-QKD协议。本申请提供的CV-QKD协议可适用于多种CV-QKD系统架构，例如，随路本振系统，本地本振系统等。
本申请另一实施例提供一种应用于随路本振系统的CV-QKD发送设备，如图6所示，在图1所示的发送设备基础上，增加了分束器606和合束器607，其中，光源601.第一随机数发生器602，处理器603，调制单元604的功能与图1所述的实施例相同，在此不再赘述。该分束器606用于接收光源601发出的第一光信号，将所述第一光信号分为两束，将第一束光发送给所述合束器607，将第二束光发送给所述调制单元604；所述合束器607用于将第一束光和调制后的第二束光合为一路光信号，发送出去，其中，第一束光即为本振光。
可选地，分束器606可以使用保偏的分束器，也可为偏振分束器；合束器607也可以使用保偏的合束器，也可以为偏振合束器。
本申请另一实施例还提供一种应用于随路本振系统的CV-QKD接收设备，如图7所示，在图4所示的接收设备基础上，增加了偏振控制器704和分束器705，其中，第一接收器701，第二接收器702和处理器703的功能与图1所述的实施例相同，在此不再赘述。偏振控制器704用于调节两束光的偏振态；分束器705用于将两束光分别发送给第一接收器。
另外，本申请提供的CV-QKD协议还可以应用于本地本振系统，在本地本振系统中，本振光由接收设备中的光源提供。
进一步需要说明的是，在一个CV-QKD系统中，输出的光信号既可以调制在单个偏振方向上，称为单偏振CV-QKD系统，也可以调制在正交的两个偏振方向，称为双偏振CV-QKD系统，本申请提供的协议既适用于单偏振CV-QKD系统，也可适用于双偏振CV-QKD系统；另外，在一个CV-QKD系统中，接收设备的相干测量既可以采用零差测量，也可以采用外差测量，本申请提供的协议既适用于采用零差测量，也适用于采用外差测量的CV-QKD系统。
为了进一步证明图5所示的EB模型的可行性，基于此EB模型，本申请另一实施例提出了一种更具体的EB模型以及构建该EB模型的方法，将该EB模型记为EB0模型，下面对EB0模型进行详细论述。
假设可能发送的相干态集合为Sα＝{|α1＞,|α2＞,...|αN＞}，且N是一个大于等于2有限的正整数。每个相干态发送的概率为Pα＝{p1,p2,...pN}，表征一个相干态的特征量是复数αk＝xk+iyk，不同的αk取值即代表不同的相干态。在经典相干通讯中，常使用星座图来表示要发送的态，因此也可以使用星座图来表示集合Sα，横轴坐标代表xk，纵轴坐标代表yk，此时相干态集合Sα即为星座图上的有限点集。
从信道中窃听者的角度来看，由于是反向协调，其最终获取的信息量仅与Sα和Pα相关，与怎么构建EB模型实际上并没有关系。因此，在构建的EB模型框架下，任意一个EB模型所得出的安全码率都是真实安全码率的下界，因此，对于具体的EB模型，得出的安全码率越高越好。
考虑到安全码率的计算仅由协方差矩阵γACB决定，而对模式A所执行的POVM测量导致γACB中的φAB是未知的，再结合同一个混态的不同纯化之间存在一个幺正变换使得两者可以相互转化的思想，A模式的数量有多少个并不影响结果。因此，我们取最简单的情况，即令m＝1，记A模式为A0。此时，POVM测量也仅存在一个，其可能的取值结果集合记为在EB模型中，当对A0的测量结果是时，剩余模式的量子态可以记为本申请实施例公开的EB0模型具有如下重要特征：对于A0的某个测量结果来讲，剩余模式的量子态中C模式和B0模式是直积态关系，即
因此，集合中的元素个数应当等于可能发送的相干态数量N。当元素个数大于N时意味着存在多个测量结果映射到同一个输出相干态上，此时应当将这些测量元素进行合并处理，记为一个POVM测量元素，即最终来看元素个数等于N。
为给出一个具体设计方案，选择对A0的POVM测量为以一组正交态{Ri}为基的投影测量{Pi＝|Ri><Ri|}，并假定C模式为最简单的单模式，即d＝1，记为C0。此时，EB0模型的源简化为一个三模式纠缠源，其表达式为：
其中，表示N个彼此正交的量子态；表示N个纯态；表示集合Sα中的元素，表示可能被发出的某个相干态。
为使得最终的安全码率尽可能大，令即C0模式也选择为一个相干态，且其特征数值与待发送入信道的相干态的特征数值呈线性比例，比例系数为t。这种结构可以被一个分束器所实现，即EB0模型中的三模式纠缠态是一个双模式纠缠态中的一个模式经过分束器生成。具体而言，三模式纠缠源包括一个双模式纠缠源和一个分束器，双模式纠缠源的B'模式经过分束器后将生成C0,B0两个模式，该EB0模型的结构如图8所示。需要说明的是，模型中的π相位翻转操作是否执行则由t的符号决定，分束器的透过率为ηA＝1/(1+t2)。
在图8所示的EB0模型中，最为关键的设计即为双模式纠缠源的设计。具体而言：
首先，假设分束器的透过率ηA＝0.9，而后将B0处欲要调制出的星座图变换到B'处，简单来说，就是对每一个星座点(设其代表的相干态是|αi>)都乘以(相干态变换为)。
其次，使用施密特正交化方法来构造纠缠源，设可以寻找到一组正交基{|φk>B'}和一组对角元dk，其满足：
则双模式纠缠源设计为：
其中，的定义为：其以Fock态展开的每个系数都是|φk＞对应展开系数的复共轭，即如果则
通过上述方式，可以构建出双模式纠缠源，并进一步实现EB0模型的构造。需要强调的是，上述介绍的EB0模型以及双模纠缠源的构造方法，是如图5所示的EB模型下的一个具体设计方案，并非唯一方案。
上述设计方案中，可发送相干态集合Sα(即星座图)、对应相干态的概率分布Pα以及选定的分束器透过率ηA就决定了双模纠缠态的具体构造，因此，上述三者就决定了系统的安全码率。与经典通信不同，QKD的目的并非是为了传输确定性的信息，而是为了生成随机密钥，因此，通过设计不同的星座图和每个星座点的出现概率分布以及分束比就可以对安全码率进行优化，不同的选取结果会有不同的性能，但EB0模型本身对这星座点位置和星座点的出现概率分布并没有任何约束要求。换言之，关于星座点的位置可以任意选取，概率分布也可以任意设置，只要最终的性能可以适用于对应的应用场景即可。
例如，在本实施例提供的设计方案中，可以选取(1)横纵等距分布的正方形正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)星座图，比如16QAM、64QAM、256QAM、1024QAM等；(2)非正方形的QAM星座图，比如16QAM缺了四个角后形成的12QAM、4行6列分布的24QAM等；(3)非横纵等距的QAM星座图，比如非均匀16QAM、非均匀64QAM等；(4)在圆周上等距分布的相移键控Phase Shift Keying，PSK)调制，比如16PSK，64PSK等；(5)在多个不同半径圆周上分别等距分布的振幅相移键控(Amplitude Phase Shift Keying，APSK)调制；(6)QAM规则调制的星座点附加一个随机的变化，比如16QAM的每个星座点都发生了一个彼此无关的随机位移。图9展示了其中一部分星座图的样式，本申请对星座点的具体位置不做限定。
关于概率分布，可以选取：所有星座点的分布概率相同；或各星座点的概率正比于一个高斯分布；或各星座点的概率分布是随机选取的一列满足加和为1的正实数等，本申请对此不做限制。
为了进一步说明EB0模型的可行性和性能，采用本申请提供的CV-QKD协议的情况下，对概率分布优化的64QAM、256QAM在不同噪声下的安全码率进行了仿真，并与相同条件下(例如，相同的噪声，相同的设备硬件参数等)的高斯协议进行对比，参见图10(a)和图10(b)，其中，概率分布优化的64QAM是指64QAM的星座点的概率分布遵从离散高斯分布；概率分布优化的256QAM就是指256QAM的星座点的概率分布遵从离散高斯分布。结果表明，不论在高噪声条件还是在低噪声条件下，概率分布优化的256QAM其性能都几乎和高斯协议一样。此外，概率分布优化的64QAM虽然仅在低噪声条件下才逼近高斯协议，但在高噪声条件下其性能与高斯协议相差并不多。
具体的，图10(a)和图10(b)的横轴坐标单位是公里(km)，这里是假设光信道为光纤，并且光纤衰减系数为0.2dB/km，在本方案中的光信道包括但不限于光纤信道，自由空间光信道等。
需要注意的是，上述星座图和纠缠源构造方式仅是本专利提出的方法的一个实现方式，这意味其存在着被进一步优化的可能性。即便仅看此实现方式，应用本申请实施例的系统只需要256个星座点的星座图，大部分情况下还可以使用只有64个星座点的星座图，既可以达到接近高斯协议的性能。这意味着对于调制器件来讲，每个正则分量的调制仅需要3-4比特的控制精度，比起高斯协议要求的8比特以上控制精度要大为降低。
具体的，由于在本申请的EB模型中，C模式(等价于PM模型中的第二数据序列或第七数据序列)的存在，才可以得到上述实施例中的协方差矩阵，才可以无需调制出像现有高斯协议要求的28×28量级的量子态个数，也可以通过该协方差矩阵计算出安全码率，达到降低实现难度的目的。
本申请另一实施例还提供了一种CV-QKD发送方法，如图11所示，该方法包括：
1101、生成第一光信号和第一随机数序列；
1102、根据预设的调制格式符号数，每个符号的分布概率和第一随机数序列，得到第一数据序列；根据第一数据序列，得到第二数据序列，其中，第一数据序列和第二数据序列用于得到安全码率；
1103、根据第一数据序列，对第一光信号进行调制，输出第二光信号，其中，第二光信号包括n种量子态，n为不小于8的正整数。
在本实施中，可以在对第一光信号进行调制之前进行衰减，或在对第一光信号进行调制之后进行衰减，本实施例不做限定。值得注意的是，在调制之前进行衰减，需要考虑调制器本身对信号的衰减作用，保证两种方式下输出的第二光信号的能量在同一个量级。
可选地，根据第一数据序列，得到第二数据序列的具体方式包括以下几种：(1)根据选定的概率分布函数和获取的第二随机数序列，得到第二数据序列，其中，选定的概率分布函数由第一数据序列中的数据决定；(2)根据预设概率分布函数和获得的第二随机数序列，得到第四数据，该第四数据加上选定值，得到第二数据，其中，选定值由第一数据序列中的数据决定，第二数据序列包括多个第二数据；(3)第一数据序列中的每个数据会对应一个预设值，多个该预设值组成第二数据序列，无需引入一个新的随机数序列。上述第二数据序列产生方案的具体实现方式，在发送设备实施例中已经详细描述过，在此不再赘述。
本申请另一实施例还提供了一种CV-QKD接收方法，如图12所示，该方法包括：
1201、接收第二光信号，对第二光信号进行测量及采样处理，得到第五数据序列，其中，第二光信号是发送设备发送过来的，包括n种量子态，n为不小于8的正整数；
1202、接收第六数据序列，其中，第六数据序列包括发送设备的第一数据序列的随机一部分数据，第一数据序列由预设的调制格式符号数和每个符号的分布概率确定；
1203、根据第六数据序列，产生第七数据序列，其中，第六数据序列和第七数据序列用于得到安全码率。
需要说明的是，根据第六数据序列，产生第七数据序列的方式与发送设备根据第一数据序列，产生第二数据序列的方法相同，本申请在此不再赘述。
本申请另一实施例还提供了一种CV-QKD的安全码率计算方法，如图13所示，该方法包括：
1301、根据第二数据序列以及第三数据序列，得到协方差矩阵
其中，γA、φAC以及γC为预设值，φCB根据第二数据序列和第三数据序列得出，γB根据第三数据序列得出，上标T代表矩阵转置；第二数据序列根据第一数据序列确定，确定方式可以为之前实施例公开的方式中的任意一种，第一数据序列根据预设的调制格式符号数和每个符号的分布概率确定；第三数据序列为CV-QKD发送设备发出的光信号经过光信道的测量值的随机一部分数据；
1302、根据该协方差矩阵，得到满足第一条件的φAB的值，第一条件为：γACB+iΩN≧0，其中，ΩN为对角线上的数据均为Ω的N×N的分块矩阵，N为不小于3的正整数；
1303、计算出每一个满足第一条件的φAB的值对应的安全码率值，得到CV-QKD的安全码率，其中，CV-QKD的安全码率为该安全码率值中的最小值。
可选地，该安全码率计算方法可以应用于CV-QKD的发送设备或接收设备。应用于发送设备时，该安全码率计算方法中用到的数据序列与发送设备或发送方法的实施例中的数据序列一一对应；应用于接收设备时，该安全码率计算方法中，第一数据序列、第二数据序列、第三数据序列分别对应于接收设备或接收方法的实施例中的第六数据序列、第七数据序列、第五数据序列。
本申请实施例还提供了一种计算机存储介质，用于储存实现上述图13所示的安全码率计算方法的计算机软件指令，其包含用于执行上述方法实施例所设计的程序。通过执行存储的程序，可以实现本申请实施例提供的CV-QKD安全码率计算方法。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”一词不排除其他组成部分或步骤。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。计算机程序存储/分布在合适的介质中，与其它硬件一起提供或作为硬件的一部分，也可以采用其他分布形式，如通过Internet或其它有线或无线电信系统。
尽管结合具体特征及其实施例对本申请进行了描述，显而易见的，在不脱离本申请范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (30)

1.一种连续变量量子密钥分发(CV-QKD)的发送设备，其特征在于，所述设备包括：光源，调制单元，第一随机数发生器和处理器；
所述光源，用于产生第一光信号；
所述第一随机数发生器，用于产生第一随机数序列；
所述处理器，用于接收所述第一随机数序列，根据预设的调制格式符号数，每个符号的分布概率和所述第一随机数序列，得到第一数据序列；根据所述第一数据序列，得到第二数据序列，其中，所述第一数据序列和所述第二数据序列用于得到安全码率；
所述调制单元，用于接收所述第一光信号，根据控制信号，对所述第一光信号进行调制，输出第二光信号，其中，所述控制信号根据所述第一数据序列生成，所述第二光信号包括n种量子态，n为不小于8的正整数。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述根据所述第一数据序列，得到第二数据序列，具体包括：根据预设的概率分布函数集合中的选定概率分布函数和获取的第二随机数序列，得到第二数据序列，其中，所述选定概率分布函数由所述第一数据序列中的数据决定，表示所述第二数据序列中的数据的分布概率。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述根据所述第一数据序列，得到第二数据序列，具体包括：根据预设概率分布函数和获得的第二随机数序列，得到第四数据，所述第四数据加上选定值，得到第二数据，其中，所述预设概率分布函数表示所述第四数据的分布概率；所述选定值由所述第一数据序列中的数据决定，所述第二数据序列包括多个所述第二数据。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述设备还包括第二随机数发生器，用于产生第二随机数序列。
5.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述第一随机数发生器，还用于通过分时复用的方式产生第二随机数序列。
6.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述第一随机数序列和所述第二随机数序列均为均匀分布的随机数序列。
7.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述根据选定概率分布函数和获取的第二随机数序列，得到第二数据序列，具体包括：
根据所述选定概率分布函数和所述第二数据的预设取值范围，得到所述第二数据的值集以及所述值集中每个数值的出现概率；
根据M个第二随机数表示的值与所述值集中数值的对应关系，在所述值集中选出所述第二数据的值，其中，所述对应关系根据所述M个第二随机数表示的每个值的出现概率和所述值集中每个数值的出现概率设定；所述M个第三随机数表示的至少一个值与所述值集中的某一数值对应，所述至少一个值的出现概率之和与所述值集中的对应数值的出现概率相同，M为正整数。
8.根据权利要求1至3任一项所述的设备，其特征在于，所述调制单元包括调制器和衰减器；
所述调制器，用于接收所述第一光信号，根据控制信号，对所述第一光信号进行调制，输出第二光信号给所述衰减器，其中，所述控制信号根据所述第一数据序列生成；
所述衰减器，用于将所述第二光信号衰减到第一阈值以下，输出衰减后的第二光信号；
或，
所述衰减器，用于接收所述第一光信号，将所述第一光信号衰减到第二阈值以下，将衰减后的第一光信号发送给所述调制器；
所述调制器，用于根据控制信号，对所述衰减后的第一光信号进行调制，输出第二光信号，其中，所述控制信号根据所述第一数据序列生成。
9.根据权利要求1至3任一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括接收器，所述接收器用于接收第三数据序列，所述第三数据序列包括所述第二光信号经过光信道后的测量值的随机一部分数据；
所述处理器，还用于根据所述第二数据序列和所述第三数据序列，得到协方差矩阵其中，γA、φAC以及γC为预设值，φCB根据所述第二数据序列和所述第三数据序列得出，γB根据所述第三数据序列得出，上标T代表矩阵转置；
根据所述协方差矩阵，得到满足第一条件的φAB的值，所述第一条件为：γACB+iΩN≧0，其中，ΩN为对角线上的数据均为Ω的N×N的分块矩阵，N为不小于3的正整数；
计算出每一个所述满足第一条件的φAB的值对应的安全码率值，得到CV-QKD的安全码率，其中，所述CV-QKD的安全码率为所述安全码率值中的最小值。
10.一种连续变量量子密钥分发(CV-QKD)的接收设备，其特征在于，所述设备包括第一接收器，第二接收器和处理器；
所述第一接收器，用于接收第三光信号，对所述第三光信号进行测量及采样处理，得到第五数据序列，其中，所述第三光信号是发送设备发送过来的，包括n种量子态，n为不小于8的正整数，所述第五数据序列用于得到安全码率；
所述第二接收器，用于接收第六数据序列，其中，所述第六数据序列包括发送设备的第一数据序列的随机一部分数据，所述第一数据序列由预设的调制格式符号数和每个符号的分布概率确定；
所述处理器，用于根据所述第六数据序列，产生第七数据序列，其中，所述第六数据序列和所述第七数据序列用于得到安全码率。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述根据所述第六数据序列，得到第七数据序列，具体包括：根据预设的概率分布函数集合中的选定概率分布函数和获取的第三随机数序列，得到第七数据序列，其中，所述选定概率分布函数由所述第六数据序列中的数据决定，表示所述第七数据序列中的数据的分布概率。
12.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述根据所述第六数据序列，得到第七数据序列，具体包括：根据预设概率分布函数和获得的第三随机数序列，得到第八数据，所述第八数据加上选定值，得到第七数据，其中，所述预设概率分布函数表示所述第八数据的分布概率；所述选定值由所述第六数据序列中的数据决定，所述第七数据序列包括多个所述第七数据。
13.根据权利要求11或12所述的设备，其特征在于，所述设备还包括第三随机数发生器，用于产生第三随机数序列。
14.根据权利要求11或12所述的设备，其特征在于，所述第三随机数序列为均匀分布的随机数序列。
15.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述根据选定的概率分布函数和获取的第三随机数序列，得到第七数据序列，具体包括：
根据所述选定的概率分布函数和所述第六数据的预设取值范围，得到所述第六数据的值集以及所述值集中每个数值的出现概率；
根据M个第三随机数表示的值与所述值集中数值的对应关系，在所述值集中选出所述第七数据的值，其中，所述对应关系根据所述M个第三随机数表示的每个值的出现概率和所述值集中每个数值的出现概率设定；所述M个第三随机数表示的至少一个值与所述值集中的某一数值对应，所述至少一个值的出现概率之和与所述值集中的对应数值的出现概率相同，M为正整数。
16.根据权利要求10至12任一项所述的设备，其特征在于，所述处理器还用于：
根据所述第七数据序列和所述第五数据序列，得到协方差矩阵其中，γA、φAC以及γC为预设值，φCB根据所述第七数据序列和所述第五数据序列得出，γB根据所述第五数据序列得出，上标T代表矩阵转置；
根据所述协方差矩阵，得到满足第一条件的φAB的值，所述第一条件为：γACB+iΩN≧0，其中，ΩN为对角线上的数据均为Ω的N×N的分块矩阵，N为不小于3的正整数；
计算出每一个所述满足第一条件的φAB的值对应的安全码率值，得到CV-QKD的安全码率，其中，所述CV-QKD的安全码率为所述安全码率值中的最小值。
17.一种连续变量量子密钥分发(CV-QKD)的发送方法，其特征在于，所述方法包括：
生成第一光信号和第一随机数序列；
根据预设的调制格式符号数，每个符号的分布概率和所述第一随机数序列，得到第一数据序列；根据所述第一数据序列，得到第二数据序列，其中，所述第一数据序列和所述第二数据序列用于得到安全码率；
根据所述第一数据序列，对所述第一光信号进行调制，输出第二光信号，其中，所述第二光信号包括n种量子态，n为不小于8的正整数。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在根据所述第一数据序列，得到第二数据序列之前，所述方法还包括：
生成第二随机数序列；
所述根据所述第一数据序列，得到第二数据序列，具体包括：根据预设的概率分布函数集合中的选定概率分布函数和所述第二随机数序列，得到第二数据序列，其中，所述选定概率分布函数由所述第一数据序列中的数据决定，表示所述第二数据序列中的数据的分布概率。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在根据所述第一数据序列，得到第二数据序列之前，所述方法还包括：
生成第二随机数序列；
所述根据所述第一数据序列，得到第二数据序列，具体包括：根据预设概率分布函数和获得的第二随机数序列，得到第四数据，所述第四数据加上选定值，得到第二数据，其中，所述选定值由所述第一数据序列中的数据决定，所述第二数据序列包括多个所述第二数据，所述预设概率分布函数表示所述第二数据序列中的数据的分布概率。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，所述第一随机数序列和所述第二随机数序列均为均匀分布的随机数序列。
21.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述根据选定概率分布函数和所述第二随机数序列，得到第二数据序列，具体包括：
根据所述选定概率分布函数和所述第二数据的预设取值范围，得到所述第二数据的值集以及所述值集中每个数值的出现概率；
根据M个第二随机数表示的值与所述值集中数值的对应关系，在所述值集中选出所述第二数据的值，其中，所述对应关系根据所述M个第二随机数表示的每个值的出现概率和所述值集中每个数值的出现概率设定；所述M个第三随机数表示的至少一个值与所述值集中的某一数值对应，所述至少一个值的出现概率之和与所述值集中的对应数值的出现概率相同，M为正整数。
22.根据权利要求17至19任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一数据序列，对所述第一光信号进行调制，输出第二光信号，具体包括：
根据所述第一数据序列，对所述第一光信号进行调制，得到第二光信号；
将所述第二光信号衰减到第一阈值以下，输出衰减后的第二光信号；
或，
将所述第一光信号衰减到第二阈值以下；
根据所述第一数据序列，对所述衰减后的第一光信号进行调制，输出第二光信号。
23.根据权利要求17至19任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述第二数据序列和所述第三数据序列，得到协方差矩阵其中，γA、φAC以及γC为预设值，φCB根据所述第二数据序列和所述第三数据序列得出，γB根据所述第三数据序列得出，上标T代表矩阵转置，所述第三数据序列包括所述第二光信号经过光信道后的测量值的随机一部分数据；
根据所述协方差矩阵，得到满足第一条件的φAB的值，所述第一条件为：γACB+iΩN≧0，其中，ΩN为对角线上的数据均为Ω的N×N的分块矩阵，N为不小于3的正整数；
计算出每一个所述满足第一条件的φAB的值对应的安全码率值，得到CV-QKD的安全码率，其中，所述CV-QKD的安全码率为所述安全码率值中的最小值。
24.一种连续变量量子密钥分发(CV-QKD)的接收方法，其特征在于，所述方法包括：
接收第二光信号，对所述第二光信号进行测量及采样处理，得到第五数据序列，其中，所述第二光信号是发送设备发送过来的，包括n种量子态，n为不小于8的正整数；
接收第六数据序列，其中，所述第六数据序列包括发送设备的第一数据序列的随机一部分数据，所述第一数据序列由预设的调制格式符号数和每个符号的分布概率确定；
根据所述第六数据序列，产生第七数据序列，其中，所述第六数据序列和所述第七数据序列用于得到安全码率。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，在根据所述第六数据序列，得到第七数据序列之前，所述方法还包括：
生成第三随机数序列；
所述根据所述第六数据序列，得到第七数据序列，具体包括：根据预设的概率分布函数集合中的选定概率分布函数和获取的第三随机数序列，得到第七数据序列，其中，所述选定概率分布函数由所述第六数据序列中的数据决定，表示所述第七数据序列中的数据的分布概率。
26.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，在根据所述第六数据序列，得到第七数据序列之前，所述方法还包括：
生成第三随机数序列；
所述根据所述第六数据序列，得到第七数据序列，具体包括：根据预设概率分布函数和获得的第三随机数序列，得到第八数据，所述第八数据加上选定值，得到第七数据，其中，所述选定值由所述第六数据序列中的数据决定，所述第七数据序列包括多个所述第七数据，所述预设概率分布函数表示所述第七数据序列中的数据的分布概率。
27.根据权利要求25或26所述的方法，其特征在于，所述第三随机数序列为均匀分布的随机数序列。
28.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述根据选定概率分布函数和获取的第三随机数序列，得到第七数据序列，具体包括：
根据所述选定概率分布函数和所述第六数据的预设取值范围，得到所述第六数据的值集以及所述值集中每个数值的出现概率；
根据M个第三随机数表示的值与所述值集中数值的对应关系，在所述值集中选出所述第七数据的值，其中，所述对应关系根据所述M个第三随机数表示的每个值的出现概率和所述值集中每个数值的出现概率设定；所述M个第三随机数表示的至少一个值与所述值集中的某一数值对应，所述至少一个值的出现概率之和与所述值集中的对应数值的出现概率相同，M为正整数。
29.根据权利要求24至26任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述第七数据序列和所述第五数据序列，得到协方差矩阵其中，γA、φAC以及γC为预设值，φCB根据所述第七数据序列和所述第五数据序列得出，γB根据所述第五数据序列得出，上标T代表矩阵转置；
根据所述协方差矩阵，得到满足第一条件的φAB的值，所述第一条件为：γACB+iΩN≧0，其中，ΩN为对角线上的数据均为Ω的N×N的分块矩阵，N为不小于3的正整数；
计算出每一个所述满足第一条件的φAB的值对应的安全码率值，得到CV-QKD的安全码率，其中，所述CV-QKD的安全码率为所述安全码率值中的最小值。
30.一种连续变量量子密钥分发(CV-QKD)系统，其特征在于，
包括如权9所述的发送设备，以及接收设备；所述接收设备用于接收第三光信号，对所述第三光信号进行测量及采样处理，得到第五数据序列，其中，所述第三光信号是所述第二光信号经过光信道之后的信号；将所述第五数据序列进行随机抽样，得到所述第三数据序列，将所述第三数据序列发送给所述发送设备；
或，
包括如权1-8任一项所述的发送设备，以及接收设备；
所述发送设备还包括发射器，所述发射器用于将第九数据序列发给所述接收设备，其中，所述第九数据序列包括所述第二数据序列的随机一部分数据；
所述接收设备包括第一接收器，第二接收器和处理器，所述第一接收器用于接收第三光信号，对所述第三光信号进行测量及采样处理，得到第五数据序列，其中，所述第三光信号是所述第二光信号经过光信道之后的信号；所述第二接收器，用于接收第九数据序列；
所述处理器用于根据所述第九数据序列以及所述第五数据序列，得到协方差矩阵其中，γA、φAC以及γC为预设值，φCB根据所述第九数据序列和所述第五数据序列得出，γB根据所述第五数据序列得出，上标T代表矩阵转置；
根据所述协方差矩阵，得到满足第一条件的φAB的值，所述第一条件为：γACB+iΩN≧0，其中，ΩN为对角线上的数据均为Ω的N×N的分块矩阵，N为不小于3的正整数；
计算出每一个所述满足第一条件的φAB的值对应的安全码率值，得到CV-QKD的安全码率，其中，所述CV-QKD的安全码率为所述安全码率值中的最小值。
或，
包括发送设备以及如权10-15任一项所述的接收设备；所述发送设备包括光源，调制单元，第一随机数发生器，处理器和接收器；所述光源用于产生第一光信号；所述第一随机数发生器用于产生第一随机数序列；所述处理器用于接收所述第一随机数序列，根据预设的调制格式符号数，每个符号的分布概率和所述第一随机数序列，得到第一数据序列，其中，所述第一数据序列用于得到安全码率；所述调制单元用于接收所述第一光信号，根据控制信号，对所述第一光信号进行调制，输出第二光信号，其中，所述控制信号根据所述第一数据序列生成，所述第二光信号包括n种量子态，n为不小于8的正整数；所述接收器用于接收第三数据序列和第十数据序列，其中，所述第三数据序列包括所述第五数据序列的随机一部分数据，所述第十数据序列包括所述第七数据序列的全部数据或随机一部分数据；
所述处理器还用于还用于根据所述第十数据序列以及所述第三数据序列，得到协方差矩阵其中，γA、φAC以及γC为预设值，φCB根据所述第十数据序列和所述第三数据序列得出，γB根据所述第三数据序列得出，上标T代表矩阵转置；
根据所述协方差矩阵，得到满足第一条件的φAB的值，所述第一条件为：γACB+iΩN≧0，其中，ΩN为对角线上的数据均为Ω的N×N的分块矩阵，N为不小于3的正整数；
计算出每一个所述满足第一条件的φAB的值对应的安全码率值，得到CV-QKD的安全码率，其中，所述CV-QKD的安全码率为所述安全码率值中的最小值；
或，
包括发送设备以及如权16所述的接收设备；
所述发送设备包括光源，调制单元，第一随机数发生器和处理器；所述光源用于产生第一光信号；所述第一随机数发生器用于产生第一随机数序列；所述处理器用于接收所述第一随机数序列，根据预设的调制格式符号数，每个符号的分布概率和所述第一随机数序列，得到第一数据序列，其中，所述第一数据序列用于得到安全码率；所述调制单元用于接收所述第一光信号，根据控制信号，对所述第一光信号进行调制，输出第二光信号，其中，所述控制信号根据所述第一数据序列生成，所述第二光信号包括n种量子态，n为不小于8的正整数。
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