WO2018117461A2 - 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치 및 수신 장치 - Google Patents

양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치 및 수신 장치 Download PDF

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    • H04L9/0852—Quantum cryptography
    • H04L9/0858—Details about key distillation or coding, e.g. reconciliation, error correction, privacy amplification, polarisation coding or phase coding

Definitions

  • the present invention relates to a signal transmission apparatus and a reception apparatus for information reconciliation, which is a post-processing process of quantum key distribution.
  • Quantum communication is a communication method using superposition of the quantum, while the conventional communication method mainly uses electromagnetic waves to transmit and receive information using a difference in wavelength or amplitude, whereas quantum communication uses quantum, polarization of light, and interference. Means a communication method for transmitting and receiving information using a phenomenon and the like.
  • the signal transmitting end and the signal receiving end distribute the encryption keys to each other through the quantum channel by using the BB84 protocol, and among the distributed encryption keys, the encryption key distributed to the signal transmitting end may be referred to as the signal transmitting end quantum key.
  • the encryption key distributed to the signal receiver may be referred to as a quantum key at the signal receiver, and this process is referred to as quantum key distribution (QKD).
  • Post-processing of distribution includes information reconciliation, which is a process of transmitting additional information for correcting an error through a public channel without errors.
  • the information adjustment process of quantum key distribution is similar to the application of error correction codes in classical communication.
  • the information adjustment process of quantum key distribution is a quantum channel and a photon detection device after the quantum key is shared between the signal transmitter and the signal receiver. This may mean a process of correcting errors caused by noise.
  • the cascade method proposed for the information coordination process was developed as a proprietary protocol for information coordination and is considered a de-facto standard because of its superior performance, but this cascade method is excellent. In order to show performance, an excessive number of communication times are required between the signal transmitter and the signal receiver.
  • An object of the present invention is to solve the above problems, and to adjust information of quantum key distribution by using an encoded test string generated by using a test string that is a string including at least one arbitrary bit value. This is to allow polar code encoding and polar code decoding to be applied to an information adjustment process.
  • An object of the present invention is to solve the above problem, and to include a cyclic redundancy check bit (CRC bit) for detecting an error in a test string, so that polar code decoding This is to enable CRC-aided list decoding.
  • CRC bit cyclic redundancy check bit
  • a signal transmission apparatus for adjusting information of a quantum key distribution includes: a test string by multiplying a generation matrix previously stored in a test string, which is a string including at least one arbitrary bit value.
  • An encoding unit for generating an encoding test string which is a character string encoded with an encoding string
  • a transmission and reception target string generation unit for generating a transmission and reception target string based on the encoding test string and a quantum key of a signal transmitting end, which is an arbitrary string generated through quantum key distribution, and transmission and reception.
  • a character string transmitter for transmitting a target character string to a signal receiver through an open channel.
  • the apparatus for transmitting a signal for adjusting information of quantum key distribution further includes a test string generator, and the test string generator includes a predetermined number of lower bits among all bits for generating the test string. Allocates a cyclic redundancy check bit (CRC bit) for error detection to each bit, and assigns a random bit value to a predetermined number of bits selected in order of high error correction probability among all bits except the cyclic redundancy check bit. Assign each to generate a test string.
  • CRC bit cyclic redundancy check bit
  • the test string includes the total number of bits equal to the number of bits of the quantum key on the signal transmitting end side.
  • the transmission / reception object string generation unit generates an transmission / reception object string by performing an XOR operation on the coding test string and the quantum key of the signal transmitting end.
  • a signal receiving apparatus for information adjustment of quantum key distribution includes a string receiver, a target string and a quantum key for receiving a target string from a signal transmitter through a public channel.
  • Estimation test string which is a character string generated by distribution and a character string to be decoded based on the quantum key of the signal receiving end, which is an arbitrary character string generated through distribution, and a character string that decodes the character string to be decoded and estimates a test string generated by the signal transmitting end. It includes a decoder for generating a.
  • the decoding object string generation unit generates a decoding object string by performing an XOR operation on the transmission / reception object string and the signal receiving end quantum key.
  • the decoding unit applies polar code decoding to the decoding target string to generate an estimated test string.
  • a signal receiving apparatus for adjusting information of quantum key distribution further includes a quantum key estimating unit, and the quantum key estimating unit is generated by the signal transmitter based on an estimated test string and a prestored generation matrix.
  • An estimated coded test string which is a character string estimated coded test string, is generated, and the quantum key of the signal transmitting end is estimated based on the character string to be transmitted and received and the estimated coded test string.
  • the quantum key estimator generates an estimated encoded test string by multiplying a generation matrix stored in advance in the estimated test string.
  • the quantum key estimating unit estimates the signal transmitter side quantum key by performing an XOR operation on the transmission / reception object string and the estimation coded test string.
  • the polar code encoding and the polar code decoding are applied to the information adjustment process of quantum key distribution, thereby minimizing the number of times of communication between the signal transmitter and the signal receiver and exchanged between the signal transmitter and the signal receiver. Error detection of quantum keys can be performed with high accuracy.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a signal transmission apparatus for adjusting information of quantum key distribution according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a signal receiving apparatus for adjusting information of quantum key distribution according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of operating a signal transmission apparatus for adjusting information of quantum key distribution according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of operating a signal receiving apparatus for adjusting information of quantum key distribution according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a signal transmission and reception apparatus for adjusting information of quantum key distribution according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a signal transmission apparatus for adjusting information of quantum key distribution according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a signal transmission and reception apparatus for adjusting information of quantum key distribution according to an embodiment of the present invention.
  • the signal transmission apparatus 100 for adjusting information of quantum key distribution includes an encoder 120, a target string generator 130, and a string transmitter 140. ).
  • the signal transmission apparatus 100 for adjusting information of quantum key distribution may further include a test string generator 110, but the present invention is not limited thereto.
  • the signal transmission apparatus 100 for adjusting information of quantum key distribution may mean some components included in the signal transmission terminal 10 shown in FIG. 2.
  • the test string generator 110 generates a test string v, which is a string including at least one arbitrary bit value.
  • test string v may refer to any character string generated to apply polar code encoding and polar code decoding in the information adjustment process.
  • the test string generator 110 allocates a cyclic redundancy check bit (CRC bit) for error detection to a predetermined number of lower bits among all bits for generating the test string v.
  • the test string v is generated by allocating an arbitrary bit value to a predetermined number of bits selected in the order of the highest error correction probability among the remaining bits except the cyclic redundancy check bits.
  • test string v when the test string v includes the cyclic redundancy check bit, the test string v estimates the signal transmitter side quantum key by applying the CRC auxiliary continuous elimination list decoding scheme to the signal receiver 20 during information adjustment. It can mean any string created to do so.
  • the test string v includes a total of 8 bits, the test string v includes a total of 1 cyclic redundancy check bit, and a predetermined number of predetermined numbers selected in order of high error correction probability.
  • the test string generator 110 will be described.
  • test string generation unit 110 includes a total of eight total bits (bit 0, bit 1, bit 2, bit 3, bit 4, bit 5, bit 6, bit 7 and bit 7).
  • a cyclic redundancy check bit (CRC) can be allocated to bit 7, which is one lower bit.
  • the test string generator 110 has a total of seven remaining bits (bit 0, bit 1, bit 2, bit 3, bit 4, bit 5 and bit 6 except for bit 7).
  • bit 0, bit 1, bit 2, bit 3, bit 4, bit 5 and bit 6 except for bit 7.
  • bit 3 , v 5 , and v 6 may be allocated.
  • test string generator 110 may allocate 0 to each of the four remaining bits (bit 0, bit 1, bit 2, and bit 4) to which no bit value is assigned.
  • the bits assigned to the bit value 0 may be defined as fixed bits, and the fixed bits may be transmitted through a channel in a bad condition, and the bits are transmitted to the signal transmitting end 10 and the signal receiving end 20 as known bits. It may mean a bit that assists in decoding at the signal receiving end 20.
  • test string v generated through the above process may be represented as (0, 0, 0, v 3 , 0, v 5 , v 6 , CRC), as shown in FIG. 5 .
  • a predetermined number of bits having a high probability of error correction which is a criterion for allocating an arbitrary bit value, uses channel polarization that transmits information on a good channel but not on a bad channel. It may mean a predetermined number of bits selected in the order of high mutual information in the Polar Code method, and a specific method of selecting a predetermined number of bits having a high probability of error correction is presented in the conventional polar code method. Since it is the same as one method, a detailed description thereof will be omitted.
  • a predetermined number of bits having a high error correction probability which is a criterion for allocating an arbitrary bit value, is a high-entropy set in the polar code method.
  • the high entropy set is the conditional entropy of each channel.
  • test string v may be generated to have a total number of bits equal to the number of bits of the quantum key x on the signal transmitter side.
  • the encoder 120 multiplies the test string v, which is a string including at least one arbitrary bit value, with the generation matrix G stored in advance, thereby encoding the encoded test string z, which is a string encoding the test string v.
  • the generation matrix G may refer to a generator matrix of size n ⁇ n, and the generation matrix G may refer to various matrices in which the inverse matrix is itself.
  • the generation matrix G is a conversion operator expressed in the form of a matrix used to generate an error correction code in polar code encoding, and may refer to various matrices including a bit-reversal matrix.
  • the present invention is not limited to the type of polar code generation matrix.
  • the encoder 120 may mean a polar code encoder, but the present invention is not limited thereto.
  • the method of encoding the test string v by the encoder 120 may mean Polar Code Encoding, which may mean a kind of virtual encoding.
  • the signal transmission apparatus 100 for adjusting the information of the quantum key distribution is one of the post-processing steps of the quantum key distribution.
  • Polar code encoding may be applied in the process of adjusting the information.
  • the signal transmission apparatus 100 for adjusting information of quantum key distribution requires that the signal receiving end 20 performs It is possible to perform CRC assisted continuous elimination list decoding, thereby improving the performance of information coordination.
  • the quantum key x at the signal transmitter side is compared. Since is an arbitrary string generated through quantum key distribution, it is not possible to add a cyclic redundancy check bit, which causes a problem that CRC assisted continuous elimination list decoding of polar code decryption cannot be performed during information adjustment. According to an embodiment of the present invention, since the signal transmission apparatus 100 for adjusting the information of the quantum key distribution utilizes a separate test string v, the cyclic redundancy check bit may be utilized.
  • the transmission / reception object string generation unit 130 generates the transmission / reception object string u based on the encoding test string z and the quantum key x of the signal transmitting end, which is an arbitrary character string generated through quantum key distribution.
  • the quantum key x on the signal transmitter side may mean a quantum key assigned to the signal transmitter 10 through quantum key distribution.
  • the signal transmitter-side quantum key x may mean any character string generated through the transmission and measurement of photons based on the BB84 protocol, but the present invention is not limited thereto.
  • the transmission / reception object string generation unit 130 generates an transmission / reception object string u by performing an XOR operation on the coding test string z and the quantum key x at the signal transmitting end. )can do.
  • the character string transmitter 140 transmits a character string u to be transmitted and received to the signal receiver 20 through a public channel.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a signal receiving apparatus for adjusting information of quantum key distribution according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a signal transmission and reception apparatus for adjusting information of quantum key distribution according to an embodiment of the present invention.
  • the signal receiving apparatus 200 for adjusting information of quantum key distribution includes a string receiver 210, a decoding target string generator 220, and a decoder 230. ).
  • the signal receiving apparatus 200 for adjusting information of quantum key distribution may further include a quantum key estimator 240, but the present invention is not limited thereto.
  • the signal receiving apparatus 200 for adjusting information of quantum key distribution may mean some components included in the signal receiving terminal 20 shown in FIG. 1.
  • the character string receiver 210 receives a character string u to be transmitted / received from the signal transmitter 10 through a public channel.
  • the decoding target string generator 220 generates the decoding target string w based on the transmission / reception target string u and the quantum key y at the signal receiving end, which is an arbitrary string generated through quantum key distribution.
  • the quantum key y on the signal receiving end may mean a quantum key assigned to the signal receiving end 20 through quantum key distribution.
  • the signal receiving side quantum key y may mean any character string generated through transmission and measurement of photons based on the BB84 protocol, but the present invention is not limited thereto.
  • the decoding target character string generator 220 generates the decoding target character string w by performing an XOR operation on the transmission / reception object string u and the quantum key y at the signal receiving end. ( )can do.
  • the encoding test string z is the signal transmitter-side quantum key x.
  • the decoding target string w will replace the role of the quantum key (y) of the signal receiver.
  • y denotes a quantum key on the signal receiving end and x denotes a quantum key e on the signal transmitting end.
  • the decoding target string w may be expressed as in Equation 2 below.
  • w denotes a decoding target string
  • u denotes a transmission / reception target string
  • y denotes a quantum key on the signal receiver side.
  • the transmission / reception target string u generated by the signal transmission apparatus 100 for adjusting information of quantum key distribution according to the embodiment of the present invention satisfies Equation 3 below.
  • u denotes a character string to be transmitted / received
  • z denotes an encoding test string
  • x denotes a quantum key on the signal transmitter side.
  • Equation 5 when Equation 3 is substituted into Equation 4, Equation 5 below may be derived.
  • w denotes a decoding target string
  • z denotes an encoding test string
  • x denotes a quantum key on the signal transmitter side
  • y denotes a quantum key on the signal receiver side.
  • Equation 6 may be derived based on the property of the XOR operation.
  • w denotes a decoding target string
  • z denotes an encoding test string
  • e denotes an error vector
  • the encoded test string z replaces the role of the quantum key x of the signal transmitting end
  • the decoded character string w replaces the quantum key y of the signal receiving end. It can be seen that it can replace the role of.
  • the polar code encoding and the polar code decoding using the test string v and the cyclic redundancy check bit (CRC bit) in the signal transmission device and the reception device for information adjustment of quantum key distribution according to an embodiment of the present invention. Even if is applied, it can be confirmed that information adjustment of quantum key distribution can be performed based on the encoding test string z and the decoding target string w.
  • the decoder 230 decodes the decoding target character string w to estimate the test character string V generated by the signal transmitter 10, and then estimates the character string ( )
  • the decoder 230 may apply polar code decoding to the decoding target character string w to estimate the character string.
  • the decoder 230 may decode by using information about a fixed bit, which is a bit in which a bit value 0 is allocated to the test string v, to estimate the test string ( You can also create).
  • the decoder 230 is a continuous type, which is a kind of polar code decoding. Decoding the character string to be decoded (w) using the removal decoding method to estimate the test character string ( ) Can be created.
  • the decoder 230 removes the CRC auxiliary succession, which is a kind of polar code decoding.
  • the decoding target string (w) is decoded to estimate the test string ( ) Can be created.
  • the decoder 230 may mean a polar code decoder, but the present invention is not limited thereto.
  • the estimated test string generated by decoding the decoding target character string w ( ) May appear as shown in FIG. 5.
  • the quantum key estimator 240 may estimate the character string. ) And an estimated encoded test string (i), which is a string obtained by estimating the encoded test string z generated by the signal transmitter 10 based on the generation matrix G stored in advance. ), And a transmission / reception target string (u) and an estimated encoded test string ( Quantum key x can be estimated based on
  • the quantum key estimator 240 estimates a test string ( ) By multiplying the generation matrix (G) stored in advance ) )can do.
  • the quantum key estimator 240 may transmit / receive the character string u and the estimated encoded test string ( ) Can be estimated by performing XOR operation on each other.
  • Equation 7 when the property of the XOR operation is applied to the above Equation 3, Equation 7 below can be derived, and the quantum key estimator 240 uses the quantum key x on the signal transmitter side based on Equation 7 below. ) Can be estimated.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of operating a signal transmission apparatus for adjusting information of quantum key distribution according to an embodiment of the present invention.
  • test string generator 110 generates a test string v, which is a string including at least one arbitrary bit value.
  • the encoder 120 may multiply the test matrix v, which is a string including at least one random bit value, by a generation matrix G stored in advance, to encode a test string v. z)
  • the transmission / reception object string generation unit 130 In operation S350, the transmission / reception object string generation unit 130 generates the transmission / reception object string u based on the encoding test string z and the quantum key x of the signal transmitting end, which is an arbitrary string generated through quantum key distribution. do.
  • the character string transmitter 140 transmits a character string u to be transmitted and received to the signal receiver 20 through a public channel.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of operating a signal receiving apparatus for adjusting information of quantum key distribution according to an embodiment of the present invention.
  • step S410 the string receiving unit 210 receives the transmission and reception target string u from the signal transmitting end 10 through the public channel.
  • the decoding target string generation unit 220 generates the decoding target string w based on the transmission / reception target string u and the quantum key y at the signal receiving end, which is an arbitrary string generated through quantum key distribution. do.
  • the decoding unit 230 decodes the decoding target character string w to estimate the test character string estimated by the signal string generated by the signal transmission terminal 10.
  • the quantum key estimator 240 estimates a test string ( ) And an estimated encoded test string (i), which is a string obtained by estimating the encoded test string z generated by the signal transmitter 10 based on the generation matrix G stored in advance. ), And a transmission / reception target string (u) and an estimated encoded test string ( Estimate the quantum key x on the signal transmitting end 10 side.

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Abstract

적어도 하나의 임의의 비트값을 포함하는 문자열인 시험 문자열에 미리 저장된 생성 행렬을 곱하여 시험 문자열을 부호화한 문자열인 부호화 시험 문자열을 생성하는 부호화부, 부호화 시험 문자열 및 양자 키 분배를 통해 생성된 임의의 문자열인 신호 송신단 측 양자 키에 기초하여 송수신 대상 문자열을 생성하는 송수신 대상 문자열 생성부 및 송수신 대상 문자열을 공개 채널을 통해 신호 수신단에 전송하는 문자열 송신부를 포함하는, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치 및 송수신 대상 문자열을 활용하여 송신단 측 양자 키를 추정하는 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 수신 장치에 관한 것이다.

Description

양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치 및 수신 장치
본 발명은 양자 키 분배(Quantum Key Distribution)의 후처리 과정인 정보 조정(Information Reconciliation)을 위한 신호 송신 장치 및 수신 장치에 관한 것이다.
나아가, 본 발명은 2016년 12월 20일 출원된 한국특허출원 제10-2016-0174482호의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
양자 통신은 양자들이 가지고 있는 중첩성을 이용한 통신 방법으로, 기존의 통신 방법이 주로 전자기파를 이용하여 파장 또는 진폭의 차이를 이용하여 정보를 송수신하는 방법인데 비하여, 양자 통신은 양자, 빛의 편광, 간섭 현상 등을 이용하여 정보를 송수신하는 통신 방법을 의미한다.
이러한 양자 통신을 위하여, 신호 송신단 및 신호 수신단은 BB84 프로토콜을 활용하여 양자 채널을 통해 상호 간에 암호키를 분배하게 되며, 분배된 암호키 중 신호 송신단에게 분배된 암호키를 신호 송신단 측 양자 키라 할 수 있으며, 신호 수신단에게 분배된 암호키를 신호 수신단 측 양자 키라 할 수 있고, 이러한 과정을 양자 키 분배(Quantum Key Distribution, QKD)라 한다.
이러한, 양자 키 분배는 양자 역학의 원리에 의해 보안성이 증명되었으나, 양자 측정 기기의 불완전성, 도청자의 공격 등으로 인해 발생할 수 있는 양자 채널의 오류에 취약하며, 이러한 문제를 해결하기 위하여 양자 키 분배의 후처리 과정에는 오류가 없는 공개 채널을 통해 오류를 정정하기 위한 추가 정보를 전송하는 과정인 정보 조정(Information Reconciliation) 과정이 포함되게 된다.
이러한, 양자 키 분배의 정보 조정 과정은 고전 통신에서의 오류 정정 부호의 적용과 유사하며, 양자 키 분배의 정보 조정 과정은 양자 키를 신호 송신단과 신호 수신단이 공유하고 난 후 양자 채널, 광자 검출 장치 등의 잡음으로 인한 오류를 정정하는 과정을 의미할 수 있다.
예를 들어, 정보 조정 과정을 위해 제안된 케스케이드 방식(Cascade)은 정보 조정을 위한 독자적 프로토콜로 개발되었으며, 그 성능이 뛰어남을 인정받아 사실상(de-facto) 표준으로 여겨지고 있으나, 이러한 케스케이드 방식이 뛰어난 성능을 보이기 위해서는 신호 송신단과 신호 수신단 사이에 과도하게 많은 통신 횟수가 요구되는 단점이 있다.
이와 관련하여, 발명의 명칭이 “양자 암호키 분배를 위한 광위상 변조 방법 및 장치”인 한국 등록특허공보 제10-1327661호가 존재한다.
본 발명의 목적은, 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 적어도 하나의 임의의 비트값을 포함하는 문자열인 시험 문자열을 활용하여 생성한 부호화 시험 문자열을 활용해 양자 키 분배의 정보 조정을 수행하도록 하여, 극 부호 부호화(Polar Code Encoding) 및 극 부호 복호화(Polar Code Decoding)를 정보 조정 과정에 적용 할 수 있도록 하기 위함이다.
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 시험 문자열에 오류 검출을 위한 순환 중복 검사 비트(CRC bit)를 포함하도록 하여, 양자 키 분배의 정보 조정 과정에서 극 부호 복호화(Polar Code Decoding)의 CRC 보조 리스트 복호(CRC-aided List Decoding)를 적용할 수 있도록 하기 위함이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치는, 적어도 하나의 임의의 비트값을 포함하는 문자열인 시험 문자열에 미리 저장된 생성 행렬을 곱하여 시험 문자열을 부호화한 문자열인 부호화 시험 문자열을 생성하는 부호화부, 부호화 시험 문자열 및 양자 키 분배를 통해 생성된 임의의 문자열인 신호 송신단 측 양자 키에 기초하여 송수신 대상 문자열을 생성하는 송수신 대상 문자열 생성부 및 송수신 대상 문자열을 공개 채널을 통해 신호 수신단에 전송하는 문자열 송신부를 포함한다.
예컨대, 본 발명의 실시예에 따른 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치는, 시험 문자열 생성부를 더 포함하며, 시험 문자열 생성부는, 시험 문자열을 생성하기 위한 전체 비트 중 기설정된 개수의 하위 비트에 오류 검출을 위한 순환 중복 검사 비트(CRC bit)를 각각 할당하고, 전체 비트에서 상기 순환 중복 검사 비트를 제외한 나머지 비트 중 오류 정정 확률이 높은 순서대로 선택된 기설정된 개수의 비트에 임의의 비트값을 각각 할당하여 시험 문자열을 생성한다.
예컨대, 시험 문자열은, 신호 송신단 측 양자 키의 비트 개수와 동일한 개수의 전체 비트 개수를 포함한다.
예컨대, 송수신 대상 문자열 생성부는, 부호화 시험 문자열 및 신호 송신단 측 양자 키를 서로 XOR 연산하여 송수신 대상 문자열을 생성한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 수신 장치는 공개 채널을 통해 송수신 대상 문자열을 신호 송신단으로부터 수신하는 문자열 수신부, 송수신 대상 문자열 및 양자 키 분배를 통해 생성된 임의의 문자열인 신호 수신단 측 양자 키에 기초하여 복호 대상 문자열을 생성하는 복호 대상 문자열 생성부 및 복호 대상 문자열을 복호하여 신호 송신단에서 생성한 시험 문자열을 추정한 문자열인 추정 시험 문자열을 생성하는 복호화부를 포함한다.
예컨대, 복호 대상 문자열 생성부는, 송수신 대상 문자열 및 신호 수신단 측 양자 키를 서로 XOR 연산하여 복호 대상 문자열을 생성한다.
일 실시예에 따라, 복호화부는, 복호 대상 문자열에 극 부호 복호화(Polar Code Decoding)를 적용하여 추정 시험 문자열을 생성한다.
예컨대, 본 발명의 실시예에 따른 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 수신 장치는 양자 키 추정부를 더 포함하며, 양자 키 추정부는, 추정 시험 문자열 및 미리 저장된 생성 행렬에 기초하여 신호 송신단에서 생성한 부호화 시험 문자열을 추정한 문자열인 추정 부호화 시험 문자열을 생성하고, 송수신 대상 문자열 및 추정 부호화 시험 문자열에 기초하여 신호 송신단 측 양자 키를 추정한다.
예를 들어, 양자 키 추정부는, 추정 시험 문자열에 미리 저장된 생성 행렬을 곱하여 추정 부호화 시험 문자열을 생성한다.
예컨대, 양자 키 추정부는, 송수신 대상 문자열 및 추정 부호화 시험 문자열을 서로 XOR 연산하여 신호 송신단 측 양자 키를 추정한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 양자 키 분배의 정보 조정 과정에 극 부호 부호화 및 극 부호 복호화를 적용하여, 신호 송신단과 신호 수신단 사이의 통신 횟수를 최소화하며, 신호 송신단 및 신호 수신단 사이에서 교환한 양자 키의 오류 검출을 높은 정확도로 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 수신 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 수신 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치 및 수신 장치를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치 및 수신 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다.
이제 도 1 및 도 5를 동시에 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치 및 수신 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치(100)는 부호화부(120), 송수신 대상 문자열 생성부(130) 및 문자열 송신부(140)를 포함한다.
예컨대, 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치(100)는 시험 문자열 생성부(110)를 더 포함할 수도 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
예컨대, 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치(100)는 도 2에 도시된 신호 송신단(10)에 포함된 일부 구성을 의미할 수 있다.
시험 문자열 생성부(110)는 적어도 하나의 임의의 비트값을 포함하는 문자열인 시험 문자열(v)을 생성한다.
예컨대, 시험 문자열(v)은 정보 조정 과정에서 극 부호 부호화 및 극 부호 복호화를 적용하기 위해 생성된 임의의 문자열을 의미할 수 있다.
예컨대, 시험 문자열 생성부(110)는, 시험 문자열(v)을 생성하기 위한 전체 비트 중 기설정된 개수의 하위 비트에 오류 검출을 위한 순환 중복 검사 비트(Cyclic Redundancy Check bit, CRC bit)를 각각 할당하고, 전체 비트에서 순환 중복 검사 비트를 제외한 나머지 비트 중 오류 정정 확률이 높은 순서대로 선택된 기설정된 개수의 비트에 임의의 비트값을 각각 할당하여 시험 문자열(v)을 생성한다.
예컨대, 시험 문자열(v)에 순환 중복 검사 비트가 포함되는 경우, 시험 문자열(v)은 정보 조정 과정에서 신호 수신단(20)이 CRC 보조 연속 제거 리스트 복호 방식을 적용하여 신호 송신단 측 양자 키를 추정하기 위해 생성된 임의의 문자열을 의미할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 시험 문자열(v)이 총 8 개의 비트로 구성되고, 시험 문자열(v)에 총 1개의 순환 중복 검사 비트가 포함되며, 오류 정정 확률이 높은 순서대로 선택된 기설정된 개수의 비트가 3개인 경우를 예로 들어, 시험 문자열 생성부(110)를 설명한다.
이 경우, 시험 문자열 생성부(110)는 총 8개의 전체 비트(0번 비트, 1번 비트, 2번 비트, 3번 비트, 4번 비트, 5번 비트, 6번 비트 및 7번 비트) 중 1개의 하위 비트인 7번 비트에 순환 중복 검사 비트(CRC)를 할당할 수 있다.
그 뒤, 시험 문자열 생성부(110)는 7번 비트를 제외한 총 7개의 나머지 비트(0번 비트, 1번 비트, 2번 비트, 3번 비트, 4번 비트, 5번 비트 및 6번 비트) 중 오류 정정 확률이 가장 높은 총 3개의 비트(3번 비트, 5번 비트 및 6번 비트)에 각각 임의의 비트값(v3, v5, v6)을 할당할 수 있다.
그 뒤, 시험 문자열 생성부(110)는 비트값이 할당되지 않은 총 4개의 나머지 비트(0번 비트, 1번 비트, 2번 비트 및 4번 비트)에 각각 0을 할당할 수 있다.
이때, 각각에 비트값 0이 할당된 비트를 고정 비트라 정의할 수 있으며, 고정 비트는 컨디션이 좋지 않은 채널로 전송되며 신호 송신단(10) 및 신호 수신단(20)이 모두 그 값을 알고 있는 비트로 신호 수신단(20)에서의 복호에 도움을 주는 비트를 의미할 수 있다.
상술한 과정을 거쳐서 생성된 시험 문자열(v)은 도 5에 도시된 바와 같이, (0, 0, 0, v3, 0, v5, v6, CRC)와 같이 나타날 수 있다.
예를 들어, 임의의 비트값을 할당하기 위한 기준인 오류 정정 확률이 높은 기설정된 개수의 비트는, 좋은 채널로 정보를 보내고 나쁜 채널로는 정보를 보내지 않는 채널 분극화(Channel Polarization)를 활용한 종래의 극 부호(Polar Code) 방법에서 상호 정보량이 높은 순서대로 선택한 기설정된 개수의 비트를 의미할 수 있으며, 오류 정정 확률이 높은 기설정된 개수의 비트를 선택하는 구체적인 방법은 종래의 극 부호 방법에서 제시한 방법과 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
예컨대, 임의의 비트값을 할당하기 위한 기준인 오류 정정 확률이 높은 기설정된 개수의 비트는, 극 부호 방법에서의 고 엔트로피 집합(High-Entropy Set,
Figure PCTKR2017013755-appb-I000001
)을 의미할 수 있으며, 고 엔트로피 집합은 각 채널들의 조건 엔트로피(Conditional Entropy,
Figure PCTKR2017013755-appb-I000002
)가 큰 값들의 색인의 집합을 의미할 수 있다.
예컨대, 시험 문자열(v)은, 신호 송신단 측 양자 키(x)의 비트 개수와 동일한 개수의 전체 비트 개수를 가지도록 생성될 수 있다.
부호화부(120)는 적어도 하나의 임의의 비트값을 포함하는 문자열인 시험 문자열(v)에 미리 저장된 생성 행렬(G)을 곱하여 시험 문자열(v)을 부호화한 문자열인 부호화 시험 문자열(z)을 생성한다.
예컨대, 생성 행렬(G)는 n×n 크기의 극 부호 생성 행렬(Generator Matrix)을 의미할 수 있으며, 생성 행렬(G)은 역행렬이 자기 자신인 각종 행렬을 의미할 수 있다.
예컨대, 생성 행렬(G)은 극 부호 부호화(Polar Code Encoding)에서 오류 정정 부호를 생성하기 위해 활용되는 행렬 형태로 표시되는 변환 연산자로 비트-반전(Bit-Reversal) 행렬을 비롯한 각종 행렬을 의미할 수 있으며, 본 발명은 극 부호 생성 행렬의 종류에 한정되지 않는다.
예컨대, 부호화부(120)는 폴라 코드 인코더(Polar Code Encoder)를 의미할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 시험 문자열(v)과 생성 행렬(G)을 곱하면 부호화 시험 문자열(z)이 생성(
Figure PCTKR2017013755-appb-I000003
)될 수 있으며, 부호화부(120)가 시험 문자열(v)을 부호화 하는 방법은 극 부호 부호화(Polar Code Encoding)를 의미할 수 있고, 이는 일종의 가상 부호화를 의미할 수 있다.
상술한 시험 문자열 생성부(110) 및 부호화부(120)를 통해, 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치(100)는 양자 키 분배의 후처리 과정 중 하나인 정보 조정 과정에서 극 부호 부호화가 적용될 수 있도록 할 수 있다.
특히, 시험 문자열(v)에 순환 중복 검사 비트가 포함되는 경우, 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치(100)는 신호 수신단(20)이 극 부호 복호화의 CRC 보조 연속 제거 리스트 복호를 수행할 수 있도록 하여, 정보 조정의 성능을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 신호 송신단 측 양자 키(x)를 공개 채널로 신호 수신단(20)에 직접 전송하여 신호 수신단 측 양자 키(y)와 비교하는 종래의 정보 조정 과정에서는 신호 송신단 측 양자 키(x)가 양자 키 분배를 통해 생성된 임의의 문자열이기 때문에, 순환 중복 검사 비트를 부가할 수 없으며 이 때문에 정보 조정 과정에서 극 부호 복호화의 CRC 보조 연속 제거 리스트 복호를 수행할 수 없는 문제가 있으나, 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치(100)는 별도의 시험 문자열(v)을 활용하기 때문에 순환 중복 검사 비트를 활용할 수 있는 효과가 있다.
송수신 대상 문자열 생성부(130)는 부호화 시험 문자열(z) 및 양자 키 분배를 통해 생성된 임의의 문자열인 신호 송신단 측 양자 키(x)에 기초하여 송수신 대상 문자열(u)을 생성한다.
예컨대, 신호 송신단 측 양자 키(x)는 양자 키 분배를 통해 신호 송신단(10)에 할당된 양자 키를 의미할 수 있다.
예컨대, 신호 송신단 측 양자 키(x)는 BB84 프로토콜에 기초하여, 광자의 전송 및 측정을 통해 생성된 임의의 문자열을 의미할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 송수신 대상 문자열 생성부(130)는 부호화 시험 문자열(z) 및 신호 송신단 측 양자 키(x)를 서로 XOR 연산하여 송수신 대상 문자열(u)을 생성(
Figure PCTKR2017013755-appb-I000004
)할 수 있다.
문자열 송신부(140)는 송수신 대상 문자열(u)을 공개 채널을 통해 신호 수신단(20)에 전송한다.
이제 도 2 및 도 5를 동시에 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 수신 장치를 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 수신 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치 및 수신 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 수신 장치(200)는 문자열 수신부(210), 복호 대상 문자열 생성부(220) 및 복호화부(230)를 포함한다.
예컨대, 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 수신 장치(200)는 양자 키 추정부(240)를 더 포함할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
예컨대, 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 수신 장치(200)는 도 1에 도시된 신호 수신단(20)에 포함된 일부 구성을 의미할 수 있다.
문자열 수신부(210)는 공개 채널을 통해 송수신 대상 문자열(u)을 신호 송신단(10)으로부터 수신한다.
복호 대상 문자열 생성부(220)는 송수신 대상 문자열(u) 및 양자 키 분배를 통해 생성된 임의의 문자열인 신호 수신단 측 양자 키(y)에 기초하여 복호 대상 문자열(w)을 생성한다.
예컨대, 신호 수신단 측 양자 키(y)는 양자 키 분배를 통해 신호 수신단(20)에 할당된 양자 키를 의미할 수 있다.
예컨대, 신호 수신단 측 양자 키(y)는 BB84 프로토콜에 기초하여, 광자의 전송 및 측정을 통해 생성된 임의의 문자열을 의미할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 복호 대상 문자열 생성부(220)는, 송수신 대상 문자열(u) 및 신호 수신단 측 양자 키(y)를 서로 XOR 연산하여 복호 대상 문자열(w)을 생성(
Figure PCTKR2017013755-appb-I000005
)할 수 있다.
이제, 하기의 수학식 1 내지 6을 통해, 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치 및 수신 장치에서 부호화 시험 문자열(z)이 신호 송신단 측 양자 키(x)의 역할을 대체하고, 복호 대상 문자열(w)이 신호 수신단 측 양자 키(y)의 역할을 대체할 수 있음을 설명한다.
종래의 양자 키 분배의 정보 조정 과정에서 신호 송신단 측 양자 키(x) 및 신호 수신단 측 양자 키(y)의 관계 아래 수학식 1의 관계식으로 설명될 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2017013755-appb-I000006
이때, y는 신호 수신단 측 양자 키, x는 신호 송신단 측 양자 키 e는 에러 벡터를 의미한다.
한편, 일 실시예에 따른 복호 대상 문자열(w)은 상술한 바와 같이 아래 수학식 2 와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2017013755-appb-I000007
이때, w는 복호 대상 문자열, u는 송수신 대상 문자열, y는 신호 수신단 측 양자 키를 의미한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치(100)가 생성한 송수신 대상 문자열(u)은 상술한 바와 같이 아래 수학식 3을 만족한다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2017013755-appb-I000008
이때, u는 송수신 대상 문자열, z는 부호화 시험 문자열, x는 신호 송신단 측 양자 키를 의미한다.
여기서, 수학식 3을 수학식 4에 대입하면 아래와 같은 수학식 5가 유도될 수 있다.
[수학식 5]
Figure PCTKR2017013755-appb-I000009
이때, w는 복호 대상 문자열, z는 부호화 시험 문자열, x는 신호 송신단 측 양자 키, y는 신호 수신단 측 양자 키를 의미한다.
여기서, 수학식 5에 상술한 수학식 1을 대입하면, XOR 연산의 성질에 기초하여 아래 수학식 6이 유도될 수 있다.
[수학식 6]
Figure PCTKR2017013755-appb-I000010
이때, w는 복호 대상 문자열, z는 부호화 시험 문자열, e는 에러 벡터를 의미한다.
그 결과, 수학식 1과 수학식 6을 비교하면, 부호화 시험 문자열(z)이 신호 송신단 측 양자 키(x)의 역할을 대체하고, 복호 대상 문자열(w)이 신호 수신단 측 양자 키(y)의 역할을 대체할 수 있음을 확인할 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치 및 수신 장치에서 시험 문자열(v) 및 순환 중복 검사 비트(CRC bit)를 활용한 극 부호 부호화 및 극 부호 복호화를 적용하더라도, 부호화 시험 문자열(z) 및 복호 대상 문자열(w)에 기초하여 양자 키 분배의 정보 조정이 수행될 수 있음을 확인할 수 있다.
복호화부(230)는 복호 대상 문자열(w)을 복호하여 신호 송신단(10)에서 생성한 시험 문자열(v)을 추정한 문자열인 추정 시험 문자열(
Figure PCTKR2017013755-appb-I000011
)을 생성한다.
예컨대, 복호화부(230)는, 복호 대상 문자열(w)에 극 부호 복호화(Polar Code Decoding)를 적용하여 추정 시험 문자열(
Figure PCTKR2017013755-appb-I000012
)을 생성한다.
예컨대, 복호화부(230)는 시험 문자열(v)에 비트값 0이 할당된 비트인 고정 비트에 대한 정보를 활용하여 복호화를 수행하여 추정 시험 문자열(
Figure PCTKR2017013755-appb-I000013
)을 생성할 수도 있다.
예를 들어, 신호 송신단(10)에서 생성한 시험 문자열(v)이 순환 중복 검사 비트(CRC bit)를 포함하지 않는 경우, 복호화부(230)는 극 부호 복호화(Polar Code Decoding)의 일종인 연속 제거 복호 방식을 활용하여 복호 대상 문자열(w)을 복호함으로써 추정 시험 문자열(
Figure PCTKR2017013755-appb-I000014
)을 생성할 수 있다.
예컨대, 신호 송신단(10)에서 생성한 시험 문자열(v)이 순환 중복 검사 비트(CRC bit)를 포함하는 경우, 복호화부(230)는 극 부호 복호화(Polar Code Decoding)의 일종인 CRC 보조 연속 제거 리스트 복호를 활용하여 복호 대상 문자열(w)을 복호함으로써 추정 시험 문자열(
Figure PCTKR2017013755-appb-I000015
)을 생성할 수 있다.
이때, 극 부호 복호화의 일종인, 연속 제거 복호 방식 및 CRC 보조 연속 제거 리스트 복호에 대한 구체적인 설명은 종래에 고전 통신 방법에서 공지된 바와 같으므로, 구체적인 설명은 생략한다.
예컨대, 복호화부(230)는 폴라 코드 디코더(Polar Code Decoder)를 의미할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
예컨대, 복호 대상 문자열(w)을 복호하여 생성된 추정 시험 문자열(
Figure PCTKR2017013755-appb-I000016
)은 도 5에 도시된 바와 같이 나타날 수 있다.
예컨대, 양자 키 추정부(240)는, 추정 시험 문자열(
Figure PCTKR2017013755-appb-I000017
) 및 미리 저장된 생성 행렬(G)에 기초하여 신호 송신단(10)에서 생성한 부호화 시험 문자열(z)을 추정한 문자열인 추정 부호화 시험 문자열(
Figure PCTKR2017013755-appb-I000018
)을 생성하고, 송수신 대상 문자열(u) 및 추정 부호화 시험 문자열(
Figure PCTKR2017013755-appb-I000019
)에 기초하여 신호 송신단 측 양자 키(x)를 추정할 수 있다.
보다 상세하게, 양자 키 추정부(240)는, 추정 시험 문자열(
Figure PCTKR2017013755-appb-I000020
)에 미리 저장된 생성 행렬(G)을 곱하여 추정 부호화 시험 문자열(
Figure PCTKR2017013755-appb-I000021
)을 생성(
Figure PCTKR2017013755-appb-I000022
)할 수 있다.
나아가, 양자 키 추정부(240)는, 송수신 대상 문자열(u) 및 추정 부호화 시험 문자열(
Figure PCTKR2017013755-appb-I000023
)을 서로 XOR 연산하여 신호 송신단 측 양자 키(x)를 추정할 수 있다.
예를 들어, 상술한 수학식 3에 XOR 연산의 성질을 적용하면, 아래 수학식 7이 유도될 수 있으며, 양자 키 추정부(240)는 아래 수학식 7에 기초하여 신호 송신단 측 양자 키(x)를 추정할 수 있다.
[수학식 7]
Figure PCTKR2017013755-appb-I000024
이때,
Figure PCTKR2017013755-appb-I000025
는 신호 송신단 측 양자 키(x)를 추정 결과, u는 송수신 대상 문자열,
Figure PCTKR2017013755-appb-I000026
추정 부호화 시험 문자열을 의미한다.
이제 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치(100)의 동작 방법을 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
S310 단계에서, 시험 문자열 생성부(110)는 적어도 하나의 임의의 비트값을 포함하는 문자열인 시험 문자열(v)을 생성한다.
S330 단계에서 부호화부(120)는 적어도 하나의 임의의 비트값을 포함하는 문자열인 시험 문자열(v)에 미리 저장된 생성 행렬(G)을 곱하여 시험 문자열(v)을 부호화한 문자열인 부호화 시험 문자열(z)을 생성한다.
S350 단계에서, 송수신 대상 문자열 생성부(130)는 부호화 시험 문자열(z) 및 양자 키 분배를 통해 생성된 임의의 문자열인 신호 송신단 측 양자 키(x)에 기초하여 송수신 대상 문자열(u)을 생성한다.
S370 단계에서, 문자열 송신부(140)는 송수신 대상 문자열(u)을 공개 채널을 통해 신호 수신단(20)에 전송한다.
이제 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 수신 장치(200)의 동작 방법을 설명한다.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 수신 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
S410 단계에서, 문자열 수신부(210)는 공개 채널을 통해 송수신 대상 문자열(u)을 신호 송신단(10)으로부터 수신한다.
S430 단계에서, 복호 대상 문자열 생성부(220)는 송수신 대상 문자열(u) 및 양자 키 분배를 통해 생성된 임의의 문자열인 신호 수신단 측 양자 키(y)에 기초하여 복호 대상 문자열(w)을 생성한다.
S450 단계에서, 복호화부(230)는 복호 대상 문자열(w)을 복호하여 신호 송신단(10)에서 생성한 시험 문자열(v)을 추정한 문자열인 추정 시험 문자열(
Figure PCTKR2017013755-appb-I000027
)을 생성한다.
S470 단계에서, 양자 키 추정부(240)는 추정 시험 문자열(
Figure PCTKR2017013755-appb-I000028
) 및 미리 저장된 생성 행렬(G)에 기초하여 신호 송신단(10)에서 생성한 부호화 시험 문자열(z)을 추정한 문자열인 추정 부호화 시험 문자열(
Figure PCTKR2017013755-appb-I000029
)을 생성하고, 송수신 대상 문자열(u) 및 추정 부호화 시험 문자열(
Figure PCTKR2017013755-appb-I000030
)에 기초하여 신호 송신단(10) 측 양자 키(x)를 추정한다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 임의의 비트값을 포함하는 문자열인 시험 문자열에 미리 저장된 생성 행렬을 곱하여 상기 시험 문자열을 부호화한 문자열인 부호화 시험 문자열을 생성하는 부호화부;
    상기 부호화 시험 문자열 및 양자 키 분배를 통해 생성된 임의의 문자열인 신호 송신단 측 양자 키에 기초하여 송수신 대상 문자열을 생성하는 송수신 대상 문자열 생성부; 및
    상기 송수신 대상 문자열을 공개 채널을 통해 신호 수신단에 전송하는 문자열 송신부를 포함하는, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    시험 문자열 생성부를 더 포함하며,
    상기 시험 문자열 생성부는, 상기 시험 문자열을 생성하기 위한 전체 비트 중 기설정된 개수의 하위 비트에 오류 검출을 위한 순환 중복 검사 비트(CRC bit)를 각각 할당하고, 상기 전체 비트에서 상기 순환 중복 검사 비트를 제외한 나머지 비트 중 오류 정정 확률이 높은 순서대로 선택된 기설정된 개수의 비트에 상기 임의의 비트값을 각각 할당하여 상기 시험 문자열을 생성하는, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 시험 문자열은,
    상기 신호 송신단 측 양자 키의 비트 개수와 동일한 개수의 전체 비트 개수를 포함하는, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 송수신 대상 문자열 생성부는,
    상기 부호화 시험 문자열 및 상기 신호 송신단 측 양자 키를 서로 XOR 연산하여 상기 송수신 대상 문자열을 생성하는, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 송신 장치.
  5. 공개 채널을 통해 송수신 대상 문자열을 신호 송신단으로부터 수신하는 문자열 수신부;
    상기 송수신 대상 문자열 및 양자 키 분배를 통해 생성된 임의의 문자열인 신호 수신단 측 양자 키에 기초하여 복호 대상 문자열을 생성하는 복호 대상 문자열 생성부; 및
    상기 복호 대상 문자열을 복호하여 상기 신호 송신단에서 생성한 시험 문자열을 추정한 문자열인 추정 시험 문자열을 생성하는 복호화부를 포함하는, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 수신 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복호 대상 문자열 생성부는,
    상기 송수신 대상 문자열 및 상기 신호 수신단 측 양자 키를 서로 XOR 연산하여 상기 복호 대상 문자열을 생성하는, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 수신 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 복호화부는,
    상기 복호 대상 문자열에 극 부호 복호화(Polar Code Decoding)를 적용하여 상기 추정 시험 문자열을 생성하는, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 수신 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    양자 키 추정부를 더 포함하며,
    상기 양자 키 추정부는, 상기 추정 시험 문자열 및 미리 저장된 생성 행렬에 기초하여 상기 신호 송신단에서 생성한 부호화 시험 문자열을 추정한 문자열인 추정 부호화 시험 문자열을 생성하고, 상기 송수신 대상 문자열 및 상기 추정 부호화 시험 문자열에 기초하여 신호 송신단 측 양자 키를 추정하는, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 수신 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 양자 키 추정부는,
    상기 추정 시험 문자열에 상기 미리 저장된 생성 행렬을 곱하여 상기 추정 부호화 시험 문자열을 생성하는, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 수신 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 양자 키 추정부는,
    상기 송수신 대상 문자열 및 상기 추정 부호화 시험 문자열을 서로 XOR 연산하여 상기 신호 송신단 측 양자 키를 추정하는, 양자 키 분배의 정보 조정을 위한 신호 수신 장치.
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