CN111200493B - 一种用于相位偏振联合调制qkd的后处理系统及方法 - Google Patents

一种用于相位偏振联合调制qkd的后处理系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111200493B
CN111200493B CN201911425068.3A CN201911425068A CN111200493B CN 111200493 B CN111200493 B CN 111200493B CN 201911425068 A CN201911425068 A CN 201911425068A CN 111200493 B CN111200493 B CN 111200493B
Authority
CN
China
Prior art keywords
key
receiver
sender
unit
quantum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911425068.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111200493A (zh
Inventor
郭邦红
杨帆
胡敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong Yukopod Technology Development Co ltd
Original Assignee
Guangdong Yukopod Technology Development Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong Yukopod Technology Development Co ltd filed Critical Guangdong Yukopod Technology Development Co ltd
Priority to CN201911425068.3A priority Critical patent/CN111200493B/zh
Publication of CN111200493A publication Critical patent/CN111200493A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111200493B publication Critical patent/CN111200493B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
    • H04L9/0852—Quantum cryptography
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/70—Photonic quantum communication
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
    • H04L9/0838—Key agreement, i.e. key establishment technique in which a shared key is derived by parties as a function of information contributed by, or associated with, each of these
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
    • H04L9/0852—Quantum cryptography
    • H04L9/0858—Details about key distillation or coding, e.g. reconciliation, error correction, privacy amplification, polarisation coding or phase coding

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Detection And Prevention Of Errors In Transmission (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于相位偏振联合调制QKD的后处理系统，包括发送方和接收方，所述发送方和接收方均包括依次连接的信息交互单元，参数估计单元，纠错单元和保密放大单元，所述发送方的信息交互单元，参数估计单元，纠错单元和保密放大单元又通过信道与分别接收方的信息交互单元，参数估计单元，纠错单元和保密放大单元一一对应连接。本发明针对相位偏振联合调制QKD系统以及其使用的双速协议的特点，信息交互单元中无需传统的收发方基矢比对步骤，降低了信息交互量，提高了后处理效率；参数估计单元使用分组奇偶校验方法估计密钥误码率，并在估计信道参数后选择合理的纠错方法和保密放大方法，这些步骤提高了该量子密钥分发的正确性和安全性。

Description

一种用于相位偏振联合调制QKD的后处理系统及方法
技术领域
本发明涉及量子保密通信以及光纤通信领域，具体涉及一种用于相位偏振联合调制QKD的后处理系统及方法。
背景技术
随着网络技术以及通信技术等多种现代化技术的迅速发展，一方面通信信息量呈指数爆炸增长，另一方面通信环境越来越复杂不稳定因素增多，通信安全的问题日益凸显，保密通信成为研究的热点。自1949年香农将信息论引入密码学，为现代密码学建立了理论基础，数十年以来专家学者们前赴后继投身到密码学领域，推动了学科的发展。目前，在军事、商业和民用领域广泛应用的加密算法是基于大数质因数分解单向复杂性的一种非对称加密算法即RSA算法。然而，1994年P.Shor提出一种在量子计算机上运行的算法，可以在短时间内破解RSA公钥密码体系，这意味着基于数学复杂度的经典加密算法将无密可保。
1969年，哥伦比亚大学的S.Wiesner第一次提出利用量子现象对信息进行保密。10年后，IBM的S.H.Bennett和Montreal大学的G.Brassard在此基础上提出了量子密码学(Quantum Cryptography,QC)的概念，并于1984年提出第一个量子密钥分发协议，即现今广为使用的BB84协议。量子密码学以量子力学为基础，这不同于以往的以数学为基础的密码体制。量子不可克隆性和海森堡测不准原理保证了量子密码的无条件安全性和对监听的可检测性，这些使得量子密码对比基于数学算法复杂度的经典密码体制有着巨大的优势。结合了量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)技术和一次一密(One Time Pad,OTP)密码体制，融合了量子密码和经典密码的量子保密通信技术作为量子信息领域最为成熟和实用化的技术受到学术界、产业界越来越多的研究和关注。
QKD系统由量子信道和经典信道组成。量子信道中发送方以量子态为载体向接收方分发部分安全、部分相关的原始码，经典信道中对这些原始码进行筛选、误码协商、隐私放大的后处理，最终得到无条件安全的密钥。QKD系统由于通信距离、协议设计等因素的不同，输入到后处理模块的原始码的特点也不尽相同。因此在给定原始码序列时，如何通过合理的QKD后处理系统使得密钥分发速率最大成为亟待解决的问题。
基于双速协议的相位偏振联合调制QKD方法实现了将QKD的BB84协议的内禀光子利用率由0.5提高到了2，具有极高的理论意义和实用价值，并且由于协议的独特性其对后处理的要求与传统QKD有较大的差异，选择合适的后处理步骤和算法对于相位偏振联合调制QKD工程化具有重要的意义。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提供一种用于相位偏振联合调制QKD的后处理系统和方法，该方法能够提高密钥分发的正确性和安全性。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：一种用于相位偏振联合调制QKD的后处理系统，包括发送方和接收方，所述发送方和接收方均包括信息交互单元，参数估计单元，纠错单元和保密放大单元，其中：
所述发送方和接收方均包括有依次连接的信息交互单元、参数估计单元、纠错单元以及保密放大单元。
所述发送方的信息交互单元，参数估计单元，纠错单元和保密放大单元又通过信道分别与接收方的信息交互单元，参数估计单元，纠错单元和保密放大单元一一对应连接。
所述发送方的信息交互单元用于发送传输比特及量子信息，并进一步通过协商在发送方原始密钥KRa的基础上获取发送方筛后密钥KSa；
所述接收方的信息交互单元接收传输比特及量子信息，获取接收方原始密钥KRb，并进一步通过协商获取接收方筛后密钥KSb；
所述发送方和接收方的参数估计单元用于交换部分筛后密钥比特后通过参数估计算法获取传输信道的量子误码率；
所述发送方和接收方的纠错单元用于纠正剩余筛后密钥的误码，使得发送方和接收方持有一致的密钥串；
所述发送方和接收方的保密放大单元根据所述参数估计单元中所得到的量子误码率计算安全信息熵，并通过哈希函数算法处理后得到最终的安全密钥比特。
一种用于相位偏振联合调制QKD的后处理方法，应用了上述一种用于相位偏振联合调制QKD的后处理系统，该方法包括以下步骤：
S1、所述接收方和发送方的信息交互单元进行信息交互，接收方先接收到发送方在经典信道中发送的传输比特，后接收到发送方在量子信道中发送的量子信息，接收方利用传输比特提供的基矢信息测量量子态，获得原始密钥比特KRb；
接收方公布检测到量子的时刻，发送方与接收方信息交互单元进行时间比对，丢弃掉接收方信息交互单元未接收量子时刻对应密钥比特，发送方和接收方在这一过程所保留的密钥比特分别组成发送方筛后密钥KSa、接收方筛后密钥KSb；
S2、所述发送方和接收方的参数估计单元从筛后密钥KSa、KSb中随机挑选一小部分进行公开的密钥比对，并对此用分组奇偶校验法计算该密钥的量子误码率；
若量子误码率高于或等于阈值，则舍弃本次传输所有信息比特；若小于阈值，则对传输信道进行参数估计，并调用纠错单元对剩余的信息比特进行误码纠错；
S3、所述发送方和接收方的纠错单元在经典信道中通过纠错算法纠正剩余筛后密钥的误码，使得发送方和接收方持有一致的密钥串；
S4、所述发送方和接收方的保密放大单元根据所述参数估计单元中所得到的量子误码率计算安全信息熵，并根据熵值的下限采用密码学算法对双方公共持有的纠错后的密钥比特进行信息压缩，接着利用哈希函数算法将窃听者在量子信道与认证的经典信道上获取的信息量缩减，得到最终的安全密钥比特。
优选地，所述步骤S1中发送方与接收方信息交互单元进行时间比对的方案是：
对接收方的相邻两个响应事件的时刻差进行编码，确定接收方信息交互单元接收到光子的时刻。
优选地，所述步骤S2进一步包括：
S21、发送方和接收方的参数估计单元从各自筛后密钥KSa、KSb中共同挑选一小部分进行公开的密钥比对；
S22、用公开比对的密钥计算该密钥比特的量子误码率；
S23、若量子误码率高于或等于阈值，则舍弃本次传输所有信息比特，若小于阈值，则进行步骤S24并调用纠错单元对剩余的信息比特进行误码纠错；
S24、用公开比对的密钥计算该传输信道的信道参数。
优选地，所述步骤S22进一步包括：
S221、发送方和接收方分别把各自公开比对的筛后密钥按顺序平均分成m组比特串，则发送方的筛后密钥比特串分组表示为l1,l2,…,lm，接收方的筛后密钥比特串分组表示为设lm组中包含n个比特记为lm1,lm2,…,lmn，/>组中包含n个比特记为
S222、发送方和接收方分别计算各自每组筛后密钥比特串的奇偶校验和，发送方m组筛后密钥比特串对应的奇偶校验和为lm1,lm2,…,lmn，接收方的m组筛后密钥比特串对应的奇偶校验和为其中
上式中的mod2表示除以2取余数。
S223、发送方和接收方通过经典认证信道，对照各自m组筛后密钥比特串的奇偶校验和，得到其筛后密钥比特串的奇偶校验和的错误率，记为ep；
S224、若发送方和接收方的筛后密钥实际误码率为es，则有
从而筛后密钥的误码率估计值为：
优选地，所述步骤S24进一步包括：
估计出信道传输率T和信道过噪声ξ，并计算信噪比SNR和本组数据的安全码率，分别用于选择纠错算法和进行保密放大。
优选地，所述哈希函数为：
M*N的哈希函数矩阵，点乘维度为N*1的密钥，得到M*1的最终密钥矩阵，其中N为筛后密钥的长度，M取决于计算出的量子密钥生成速率的上限。
本发明有益的技术效果：
本发明结合相位偏振联合调制QKD方法以及双速协议的特点，设计并提出了相应的后处理系统和方法。其中，信息交互单元中，发送方信息交互单元先在在经典信道中发送传输比特，后在量子信道中发送量子态，接收方利用传输比特提供的准确基矢信息对量子态直接测量，这一过程代替了传统后处理系统中的基矢比对单元，使得该后处理系统对同步的要求降低、变得更为简单易实现、有利于节省后处理时间从而提高密钥传输速率。参数估计单元利用分组奇偶校验法对量子密钥误码率进行估计，这是因为本发明所研究协议的筛后密钥实际误码率较低，因此用该参数估计方法估计出的误码率准确性更高。根据本发明实施例的量子密钥分发的后处理方法，通过信息交互、参数估计、纠错、保密放大后，发送方和接收方可以共享相等并且安全的密钥。该方法利用量子密钥分配的后处理技术能够产生两组相同的绝对安全的密钥，从而保证信息传递的绝对安全性，进而提高了量子密钥分发的正确性和安全性。
附图说明
图1是本发明一种用于相位偏振联合调制QKD的后处理系统的结构模块图；
图2是本发明一种用于相位偏振联合调制QKD的后处理系统和方法的步骤流程框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，但本发明要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。
具体地说，在相位偏振联合调制量子密钥分发协议是基于双速协议的，通过物理层面的信号传递、接收以及测量之后，发送方和接收方将产生对应的信息。由于这些信息并不完全对应相等，并且存在泄漏信息和出现错误的情况，因此，需要通过后处理来对这些信息进行进一步的加工，最后得到安全的共享密钥。基于此，本发明提出了一种用于相位偏振联合调制QKD的后处理系统及方法。
如图一所示，本发明提供一种用于相位偏振联合调制QKD的后处理系统，包括：发送方Alice和接收方Bob，所述发送方Alice和接收方Bob均包括有依次连接的信息交互单元、参数估计单元、纠错单元以及保密放大单元。所述发送方的信息交互单元，参数估计单元，纠错单元和保密放大单元又通过信道与分别接收方的信息交互单元，参数估计单元，纠错单元和保密放大单元一一对应连接，其中，
所述信息交互单元：Bob先接收到Alice在经典信道中发送的传输比特，后接收到Alice从量子信道中发送来的量子态，接收方利用传输比特对应的确定的基矢信息测量量子态，所测得的结果组成接收方原始密钥比特KRb。接收方在经典信道中公布检测到量子的时刻，发送方进行时间比对后丢弃接收方未接收到量子的时刻对应的密钥比特。本发明所述后处理系统，利用该QKD协议的特点，删去基矢比对单元，在实践中将节省大量实验成本、提高传输效率和成码率，具有极大的实践意义。本发明涉及的相位偏振联合调制QKD系统是基于复合QKD系统双速协议中真空光速为极限信号速度这一狭义相对论的断言提出的，该协议中窃听者Eve无法和Bob一样有效利用经典信道发送的基矢信息即传输比特，其安全性基于BB84协议的安全性。
所述参数估计模块，发送方和接收方从信息交互单元中保留下来的筛后密钥中共同挑选一小部分进行公开的密钥比对，并以此计算该传输信道的量子误码率；若量子误码率高于或等于阈值，则舍弃本次传输所有信息比特，若小于阈值，则进一步对传输信道进行参数估计并调用纠错单元进行误码纠错；
所述误码纠错单元：发送方和接收方在经典信道中通过低密度奇偶校验算法(Low-density Parity-check,LDPC)纠正筛后密钥的误码，使得发送方和接收方持有一致的密钥串；
所述保密放大单元：发送方和接收方根据参数估计单元中所得到的量子误码率计算安全信息熵，并根据熵值的下限采用密码学算法对双方公共持有的信息比特进行信息压缩，利用哈希函数算法将窃听者在量子信道与认证的经典信道上获取的信息量缩减，得到绝对安全的密钥比特。所述哈希函数通常为M*N的矩阵，用它点乘维度为N*1的密钥矩阵，得到长度为M*1的最终密钥矩阵，矩阵中元素组成最后的绝对安全的密钥，其中N为纠错后的量子密钥长度，M取决于计算出的量子密钥生成速率的上限。
本发明结合相位偏振联合调制QKD方法以及双速协议的特点，设计并提出了相应的后处理系统和方法。其中，本发明利用经典信道中传输的传输比特对量子信道传输的量子态直接测量，代替了一般后处理系统中的基矢比对单元，这一操作使得该后处理系统对同步的要求降低、更为简单易实现、节省后处理时间从而提高密钥传输速率。参数估计单元中，由于本发明所研究协议的筛后密钥实际误码率较低，因此利用分组奇偶校验法进行对量子密钥误码率的估计，该参数估计法对误码率的估计准确性更高。
另外，根据本发明上述实施例的量子密钥分发的后处理方法还可以具有如下附加的技术特征：
在一些示例中，在纠错单元中，还包括：所述发送方和接收方在纠错过程中对传递的信息加密。
在一些示例中，在所述纠错单元中，还包括：所述发送方和接收方在进行错误验证时，进行身份认证。
在一些示例中，在保密放大的过程中，所述发送方和接收方相互传递信息，并通过所述原始密钥KRa、KRb进行身份认证。
在一些示例中，所述参数估计单元进一步包括：误码率高于阈值则直接终止所述量子密钥分发协议。
如图二所示，本实施例还提供了一种用于相位偏振联合调制QKD系统的处理方法，包括以下步骤：
S1、所述接收方和发送方的信息交互单元进行信息交互，接收方先接收到发送方在经典信道中发送的传输比特，后接收到发送方在量子信道中发送的量子信息，接收方利用传输比特提供的基矢信息测量量子态，获得原始密钥比特KRb；
接收方公布检测到量子的时刻，发送方与接收方信息交互单元进行时间比对，丢弃掉接收方信息交互单元未接收量子时刻对应密钥比特，发送方和接收方在这一过程所保留的密钥比特分别组成发送方筛后密钥KSa、接收方筛后密钥KSb；
S2、所述发送方和接收方的参数估计单元从筛后密钥KSa、KSb中随机挑选一小部分进行公开的密钥比对，并对此用分组奇偶校验法计算该密钥的量子误码率；
若量子误码率高于或等于阈值，则舍弃本次传输所有信息比特；若小于阈值，则对传输信道进行参数估计，并调用纠错单元对剩余的信息比特进行误码纠错；
本步骤中具体操作步骤为：
S21、发送方和接收方的参数估计单元从各自筛后密钥KSa、KSb中共同挑选一小部分进行公开的密钥比对；
S22、用公开比对的密钥计算该密钥比特的量子误码率；
S23、若量子误码率高于或等于阈值，则舍弃本次传输所有信息比特，若小于阈值，则进行步骤S24并调用纠错单元对剩余的信息比特进行误码纠错；
S24、用公开比对的密钥计算该传输信道的信道参数。
步骤S22中用公开比对的密钥计算该密钥比特的量子误码率的具体步骤为：
S221、送方的筛后密钥比特串分组表示为l1,l2,…,lm，接收方的筛后密钥比特串分组表示为设lm组中包含n个比特记为lm1,lm2,…,lmn，/>组中包含n个比特记为
S222、发送方和接收方分别计算各自每组筛后密钥比特串的奇偶校验和，发送方m组筛后密钥比特串对应的奇偶校验和为lm1,lm2,…,lmn，接收方的m组筛后密钥比特串对应的奇偶校验和为其中
S223、发送方和接收方通过经典认证信道，对照各自m组筛后密钥比特串的奇偶校验和，得到其筛后密钥比特串的奇偶校验和的错误率，记为ep；
S224、若发送方和接收方的筛后密钥实际误码率为es，则有
从而筛后密钥的误码率估计值为：
步骤S24中用公开比对的密钥计算该传输信道的信道参数的具体步骤为：
S241、记发送方和接收方公开比对的一段筛后密钥串分别记为Kas和Kbs分别为变量X、Y，则包含的信息记为x、y，设信道噪声为n，其关系满足：y＝x*t+n；
S242、信道传输率为T和信道过噪声为ξ，其中/>是发送端的调制方差，/>其中σ2＝1+Tξ
S243、对t、σ2进行估计：
S244、计算信道信噪比SNR：
S3、对筛后密钥比特进行误码纠错，发送方和接收方在经典信道中通过LDPC算法纠正筛后密钥的误码，使得发送方和接收方持有一致的密钥串；
S4、对纠错后的量子密钥进行保密放大，发送方和接收方根据参数估计单元中所得到的量子误码率计算安全信息熵，并根据熵值的下限采用密码学算法对双方公共持有的信息比特进行信息压缩，利用哈希函数族将窃听者在量子信道与认证的经典信道上获取的信息量压缩，得到绝对安全的最终的安全密钥比特。所述哈希函数为M*N的矩阵，点乘维度为N*1的密钥，得到M*1的最终密钥矩阵，其中N为筛后密钥的长度，M取决于计算出的量子密钥生成速率的上限。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对发明构成任何限制。

Claims (7)

1.一种用于相位偏振联合调制QKD的后处理系统，其特征在于，包括发送方和接收方，所述发送方和接收方均包括有信息交互单元，参数估计单元，纠错单元和保密放大单元，其中：
所述发送方和接收方均包括有依次连接的信息交互单元、参数估计单元、纠错单元以及保密放大单元；
所述发送方的信息交互单元，参数估计单元，纠错单元和保密放大单元又通过信道分别与接收方的信息交互单元，参数估计单元，纠错单元和保密放大单元一一对应连接；
所述发送方的信息交互单元用于发送传输比特及量子信息，并进一步通过协商在发送方原始密钥KRa的基础上获取发送方筛后密钥KSa；
所述接收方的信息交互单元接收传输比特及量子信息，获取接收方原始密钥KRb，并进一步通过协商获取接收方筛后密钥KSb；
所述发送方和接收方的参数估计单元用于交换部分筛后密钥比特后通过参数估计算法获取传输信道的量子误码率；所述发送方和接收方的参数估计单元从筛后密钥KSa、KSb中随机挑选一小部分进行公开的密钥比对，用公开比对的密钥计算该密钥比特的量子误码率；所述参数估计单元并利用分组奇偶校验法对量子密钥误码率进行估计；
发送方的筛后密钥比特串分组表示为l1,l2,…,lm，接收方的筛后密钥比特串分组表示为设lm组中包含n个比特记为lm1,lm2,…,lmn，/>组中包含n个比特记为
发送方和接收方分别计算各自每组筛后密钥比特串的奇偶校验和，发送方m组筛后密钥比特串对应的奇偶校验和为lm1,lm2,…,lmn，接收方的m组筛后密钥比特串对应的奇偶校验和为其中
mod2表示除以2取余数的运算；
发送方和接收方通过经典认证信道，对照各自m组筛后密钥比特串的奇偶校验和，得到其筛后密钥比特串的奇偶校验和的错误率，记为ep；
若发送方和接收方的筛后密钥实际误码率为es，则有
从而筛后密钥的误码率估计值为：
所述发送方和接收方的纠错单元用于纠正剩余筛后密钥的误码，使得发送方和接收方持有一致的密钥串；
所述发送方和接收方的保密放大单元根据所述参数估计单元中所得到的量子误码率计算安全信息熵，并通过哈希函数算法处理后得到最终的安全密钥比特；
相位偏振联合调制量子密钥分发协议是基于双速协议的。
2.一种用于相位偏振联合调制QKD的后处理方法，应用了如权利要求1所述的一种用于相位偏振联合调制QKD的后处理系统，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1、所述接收方和发送方的信息交互单元进行信息交互，接收方先接收到发送方在经典信道中发送的传输比特，后接收到发送方在量子信道中发送的量子信息，接收方利用传输比特提供的基矢信息测量量子态，获得原始密钥比特KRb；
接收方公布检测到量子的时刻，发送方与接收方信息交互单元进行时间比对，丢弃掉接收方信息交互单元未接收量子时刻对应密钥比特，发送方和接收方在这一过程所保留的密钥比特分别组成发送方筛后密钥KSa及接收方筛后密钥KSb；
S2、所述发送方和接收方的参数估计单元从筛后密钥KSa、KSb中随机挑选一小部分进行公开的密钥比对，并对此用分组奇偶校验法计算该密钥的量子误码率；
若量子误码率高于或等于阈值，则舍弃本次传输所有信息比特；若小于阈值，则对传输信道进行参数估计，并调用纠错单元对剩余的信息比特进行误码纠错；
S3、所述发送方和接收方的纠错单元在经典信道中通过纠错算法纠正剩余筛后密钥的误码，使得发送方和接收方持有一致的密钥串；
S4、所述发送方和接收方的保密放大单元根据所述参数估计单元中所得到的量子误码率计算安全信息熵，并根据熵值的下限采用密码学算法对双方公共持有的纠错后的密钥比特进行信息压缩，接着利用哈希函数算法将窃听者在量子信道与认证的经典信道上获取的信息量缩减，得到最终的安全密钥比特。
3.如权利要求2所述的一种用于相位偏振联合调制QKD的后处理方法，其特征在于，所述步骤S1中发送方与接收方信息交互单元进行时间比对的方案是：
对接收方的相邻两个响应事件的时刻差进行编码，确定接收方信息交互单元接收到光子的时刻。
4.如权利要求2所述的一种用于相位偏振联合调制QKD的后处理方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：
S21、发送方和接收方的参数估计单元从各自筛后密钥KSa、KSb中共同挑选一小部分进行公开的密钥比对；
S22、用公开比对的密钥计算该密钥比特的量子误码率；
S23、若量子误码率高于或等于阈值，则舍弃本次传输所有信息比特，若小于阈值，则进行步骤S24并调用纠错单元对剩余的信息比特进行误码纠错；
S24、用公开比对的密钥计算该传输信道的信道参数。
5.如权利要求4所述的一种用于相位偏振联合调制QKD的后处理方法，其特征在于，所述步骤S22进一步包括：
S221、发送方和接收方分别把各自公开比对的筛后密钥按顺序平均分成m组比特串，则发送方的筛后密钥比特串分组表示为l1,l2,…,lm，接收方的筛后密钥比特串分组表示为设lm组中包含n个比特记为lm1,lm2,…,lmn，/>组中包含n个比特记为
S222、发送方和接收方分别计算各自每组筛后密钥比特串的奇偶校验和，发送方m组筛后密钥比特串对应的奇偶校验和为lm1,lm2,…,lmn，接收方的m组筛后密钥比特串对应的奇偶校验和为其中
S223、发送方和接收方通过经典认证信道，对照各自m组筛后密钥比特串的奇偶校验和，得到其筛后密钥比特串的奇偶校验和的错误率，记为ep；
S224、若发送方和接收方的筛后密钥实际误码率为es，则有
从而筛后密钥的误码率估计值为：
6.如权利要求4所述的一种用于相位偏振联合调制QKD的后处理方法，其特征在于，所述步骤S24进一步包括：
估计出信道传输率T和信道过噪声ξ，并计算信噪比SNR和本组数据的安全码率，分别用于选择纠错算法和进行保密放大。
7.如权利要求2所述的一种用于相位偏振联合调制QKD的后处理方法，其特征在于，所述哈希函数为：
M*N的哈希函数矩阵，点乘维度为N*1的密钥，得到M*1的最终密钥矩阵，其中N为筛后密钥的长度，M取决于计算出的量子密钥生成速率的上限。
CN201911425068.3A 2019-12-31 2019-12-31 一种用于相位偏振联合调制qkd的后处理系统及方法 Active CN111200493B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911425068.3A CN111200493B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 一种用于相位偏振联合调制qkd的后处理系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911425068.3A CN111200493B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 一种用于相位偏振联合调制qkd的后处理系统及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111200493A CN111200493A (zh) 2020-05-26
CN111200493B true CN111200493B (zh) 2024-02-06

Family

ID=70747588

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911425068.3A Active CN111200493B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 一种用于相位偏振联合调制qkd的后处理系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111200493B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112769561B (zh) * 2020-12-31 2022-10-04 广东国腾量子科技有限公司 一种用于多自由度调制qkd的私钥放大方法及系统
CN112769558B (zh) * 2020-12-31 2022-12-27 华南师范大学 一种码率自适应的qkd后处理方法及系统
CN114239840A (zh) * 2021-12-15 2022-03-25 北京百度网讯科技有限公司 量子信道噪声系数估计方法及装置、电子设备和介质
CN114422081B (zh) * 2021-12-28 2023-08-22 华南师范大学 基于crc-scl译码算法的qkd后处理系统及方法
CN114531233B (zh) * 2021-12-31 2023-06-30 华南师范大学 一种用于多自由度调制qkd后处理系统及纠错译码方法
CN114531229B (zh) * 2021-12-31 2023-09-01 华南师范大学 一种用于多自由度调制qkd的保密增强方法及系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1897519A (zh) * 2006-05-30 2007-01-17 华南师范大学 相位差分量子密钥分发方法及系统
CN106161012A (zh) * 2016-08-26 2016-11-23 暨南大学 一种基于极化码纠错的量子密钥分发后处理系统和方法
CN109039593A (zh) * 2017-06-12 2018-12-18 科大国盾量子技术股份有限公司 一种应用于复杂链路的量子密钥分配系统及方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1897519A (zh) * 2006-05-30 2007-01-17 华南师范大学 相位差分量子密钥分发方法及系统
CN106161012A (zh) * 2016-08-26 2016-11-23 暨南大学 一种基于极化码纠错的量子密钥分发后处理系统和方法
CN109039593A (zh) * 2017-06-12 2018-12-18 科大国盾量子技术股份有限公司 一种应用于复杂链路的量子密钥分配系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111200493A (zh) 2020-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111200493B (zh) 一种用于相位偏振联合调制qkd的后处理系统及方法
Mavroeidis et al. The impact of quantum computing on present cryptography
Tseng et al. New quantum private comparison protocol using EPR pairs
CA2883444C (en) System and method for quantum key distribution
JP5424008B2 (ja) 共有情報の管理方法およびシステム
Yuen Key generation: Foundations and a new quantum approach
CN111404672B (zh) 量子密钥分发方法及装置
US20130083926A1 (en) Quantum key management
CN110493010B (zh) 基于量子数字签名的邮件系统的邮件收发方法
Fung et al. Quantum key distribution with delayed privacy amplification and its application to the security proof of a two-way deterministic protocol
CN112788599B (zh) 一种基于信道状态信息的物理层密钥生成方法
JPWO2012137513A1 (ja) 暗号鍵共有システムにおける通信装置および暗号鍵生成方法
WO2021213631A1 (en) Improved cryptographic method and system
CN110401493B (zh) 一种基于量子加密的智能自组网通信系统
CN110351085B (zh) 一种用于量子密钥分发后处理的方法及系统
CN111600706A (zh) 一种基于量子存储器的量子密钥分发方法
US20100241912A1 (en) Fast bit-error rate calculation mode for QKD systems
Abdelgader et al. Exploiting the physical layer security for providing a simple user privacy security system for vehicular networks
CN108712254B (zh) 一种量子密钥分发系统及方法
Saiki et al. A novel physical layer authenticated encryption protocol exploiting shared randomness
Babber et al. Quantum cryptography and security analysis
JP5540743B2 (ja) 信号処理システム、量子暗号システム、信号処理方法、及び量子暗号方法
吕欣 et al. Quantum secure direct communication using quantum Calderbank-Shor-Steane error correcting codes
Huang et al. A novel key distribution scheme based on transmission delays
Park et al. Single trace attack on key reconciliation process for quantum key distribution

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20210201

Address after: 510000 room A105, first floor, ladder a, No. 11, panglv Road, Science City, Guangzhou high tech Industrial Development Zone, Guangdong Province

Applicant after: Guangdong Yukopod Technology Development Co.,Ltd.

Address before: School of information and optoelectronics, South China Normal University, 378 Waihuan West Road, Panyu District, Guangzhou, Guangdong 510000

Applicant before: SOUTH CHINA NORMAL University

TA01 Transfer of patent application right
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant