基于极化码的电力系统长距离量子密钥分发方法和系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114553400A(43)申请公布日2022.05.27(21)申请号202011343587.8H04L1/00(2006.01)(22)申请日2020.11.26(71)申请人国网新疆电力有限公司信息通信公司地址830002新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市天山区建设路123号申请人南京南瑞国盾量子技术有限公司南瑞集团有限公司(72)发明人周文婷刘杰叶潇李阳罗永玲卞宇翔冯宝(74)专利代理机构南京纵横知识产权代理有限公司32224专利代理师朱远枫(51)Int.Cl.H04L9/08(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称基于极化码的电力系统长距离量子密钥分发方法和系统(57)摘要本发明提供了一种基于极化码的电力系统长距离量子密钥分发方法和系统，在连续变量量子密钥分发的多维协商协议中引入了极化码，包括提出传输冻结比特的极化码纠错协商机制、传输比特翻转信息极化码纠错协商机制和保留量子比特传输比特翻转信息的极化码纠错协商机制来对密钥进行纠错。本发明可以更好地降低密钥误码率，提升长距离量子密钥的成码率，丰富了量子保密通信技术在电力系统业务的应用场景，实用性更强。CN114553400ACN114553400A权利要求书1/2页1.一种基于极化码的电力系统长距离量子密钥分发方法，其特征在于，包括：在发送端和接收端建立虚拟信道；若双方已知冻结比特位置但是不知道冻结比特值，则通过经典信道传输获取冻结比特值，利用传输冻结比特的极化码纠错协商机制对密钥进行纠错。2.根据权利要求1所述的一种基于极化码的电力系统长距离量子密钥分发方法，其特征在于，利用传输冻结比特的极化码纠错协商机制对密钥进行纠错的方法包括：发送端和接收端从他们的共同筛选集合中选择N个值并形成向量x和y；接收端通过u＝yG对序列y进行逆编码得到序列u，G表示极化码的生成矩阵，且G的逆等于自身，所以也有y＝uG；然后通过无差错经典信道把N-K个冻结比特值uc发送给发送端；发送端已知冻结比特位置Uc，利用接收到的冻结比特值uc对序列x译码，得到序列u。3.根据权利要求1所述的一种基于极化码的电力系统长距离量子密钥分发方法，其特征在于，所述方法还包括：通信双方已知冻结比特位置Uc以及冻结比特值uc，则利用传输比特翻转信息极化码纠错协商机制对密钥进行纠错，具体包括以下步骤：1)接收端由随机源生成一个长度为K的随机序列ui，并结合冻结比特位置Uc和冻结比特值uc生成序列u＝<uc,ui>；随机序列ui与原始密钥y无关；2)接收端通过w＝uG对序列u进行编码得到序列w，并计算序列f，序列f表示y中哪些位与w不同，但不携带关于y的信息；接收端通过经典信道把序列f发送给发送端，x和y分别表示建立虚拟通道后发送端和接收端获得的连续密钥；3)发送端接收到序列f后，用f翻转原始密钥序列x得到序列z：发送端在已知冻结位集合的情况下，对序列z进行译码，恢复序列u。4.根据权利要求3所述的一种基于极化码的电力系统长距离量子密钥分发方法，其特征在于，发送端和接收端采用以下任意一种方法生成密钥，包括：1)直接使用序列ui作为密钥；2)发送端利用w＝uG对序列u进行编码，将编码得到序列w作为密钥；3)发送端进一步通过重构序列y，使用序列y作为密钥。5.根据权利要求1所述的一种基于极化码的电力系统长距离量子密钥分发方法，其特征在于，若所述方法还包括：若利用量子信道上传输的筛选比特具有稀疏特性，则采用保留量子比特传输比特翻转信息的极化码纠错协商机制对密钥进行纠错，具体包括以下步骤：1)接收端从序列y相同的随机源中，生成一个长度为K的随机比特序列ui，结合冻结比特形成序列u＝<uc,ui>，其中uc冻结比特值，2)接收端通过<r,w>＝uG得到序列<r,w>，也就是将得到的码字分成两部分，序列r和序列w，其中r长度为(N-K)比特，w长度为K比特；然后，接收端通过得到序列f，并且以概率p随机翻转序列r，得到序列v来模拟量子信道的误码率；接收端通过无差错经典信道将序列v和f发送给发送端；3)发送端接收到序列f后，用f翻转原始密钥序列x得到序列z：并结合序列v得到序列<v,z>；发送端在已知冻结位集合的情况下，对序列z进行译码恢复序列u。6.根据权利要求5所述的一种基于极化码的电力系统长距离量子密钥分发方法，其特征在于，发送端和接收端采用以下任意一种方法生成密钥，包括：1：使用序列ui作为密钥；2)发送端通过w＝uG对序列u进行编码以恢复序列w，然后使用w作为密钥；3)发送端可以进2CN114553400A权利要求书2/2页一步通过重构序列y，使用序列y作为密钥。7.一种基于极化码的电力系统长距离量子密钥分发系统，其特征在于，包括：多维