基于极化码的单步量子密钥分发后处理方法、系统、介质和设备.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110011792A(43)申请公布日2019.07.12(21)申请号201910168275.9(22)申请日2019.03.06(71)申请人暨南大学地址510632广东省广州市天河区黄埔大道西601号(72)发明人方俊彬蒋琳李锦方俊键(74)专利代理机构广州市华学知识产权代理有限公司44245代理人李斌(51)Int.Cl.H04L9/08(2006.01)H04L1/00(2006.01)权利要求书4页说明书12页附图3页(54)发明名称基于极化码的单步量子密钥分发后处理方法、系统、介质和设备(57)摘要本发明公开了一种基于极化码的单步量子密钥分发后处理方法、系统、介质和设备，该系统包括密钥筛选模块、误码计算模块、极化码构建模块、极化码编码模块、极化码译码模块和一致性检验模块，该方法的步骤为：发送端和接收端对原始密钥进行基对比，得到筛后密钥；通过误码估计计算量子比特误码率，若小于阈值，保留剩余筛后密钥；量子比特误码率结合可靠性和安全性条件构建极化码码字结构，系统极化码编码产生校验比特和随机比特对应的编码后码字；接收端接收编码后码字结合自身保留的密钥比特经译码得到译码比特值，和发送端密钥比特对应的编码后码字组成密钥对，进行一致性校验，得到最终密钥，本发明降低后处理耗时和系统复杂度，提升了量子密钥分发的最终密钥生成速率。CN110011792ACN110011792A权利要求书1/4页1.一种基于极化码的单步量子密钥分发后处理方法，其特征在于，包含下述步骤：S1：发送端和接收端经过量子信道传输信息后，发送端和接收端分别得到一串等长的原始密钥，然后发送端公开调制基，同时接收端公开测量基；当发送端和接收端接收到另一方的基信息并与自己所持有的基信息进行对比，舍弃基不相同的原始密钥，保留基相同的原始密钥，发送端和接收端均得到等长的筛后密钥；S2：发送端和接收端完成密钥筛选后，选取部分筛后密钥进行公开对比得到差异比特数，并计算得到量子比特误码率，若量子比特误码率超过或等于设定安全阈值时，舍弃本次传输的所有比特，重新进行密钥分发；若量子比特误码率小于安全阈值时，舍弃公开的部分筛后密钥，保留剩余筛后密钥，得到发送端本地密钥KAsifted和接收端本地密钥KBsifted；S3：发送端根据步骤S2中所得量子比特误码率，结合设定的可靠性条件和安全性条件，构建极化码码字结构，得到随机比特的信道索引集合、密钥比特的信道索引集合和休眠比特的信道索引集合；S4：发送端按照步骤S3所得极化码码字结构将随机比特、密钥比特和休眠比特组成编码码字，采用系统极化码编码得到编码后码字CWenc，编码后码字CWenc由校验比特随机比特对应的编码后码字和密钥比特对应的编码后码字组成，并将和通过经典信道传输给接收端；S5：接收端接收到和结合接收端本地密钥比特KBsifted进行极化码译码，得到译码比特值并与发送端本地密钥比特KAsifted对应的编码后码字组成密钥对S6：进行一致性校验，采用哈希算法分别计算密钥对的哈希值并公开对比，若双方计算所得哈希值相同，则密钥对中和相同，密钥对作为最终密钥，否则舍弃并重新进行密钥分发。2.根据权利要求1所述的基于极化码的单步量子密钥分发后处理方法，其特征在于，步骤S3中所述构建极化码码字结构的具体步骤为：S31：令编码分组长度为N，发送端以量子比特误码率p作为主信道的信道误码率，采用极化码构造算法计算得到对应的N个虚拟比特子信道的译码误码率上界；S32：发送端将主信道的虚拟比特子信道译码误码率上界按照从小到大排序，根据误码纠错的目标误码率β选择满足可靠性条件的虚拟比特子信道组成优化子信道集合GN(W,β)，其余虚拟比特子信道组成劣化信道集合BN(W,β)，可靠性条件为：其中FER为误码纠错的目标误帧率，β为误码纠错的目标误码率，i为虚拟比特子信道的信道索引，N为码长且i∈[1,N]；S33：发送端根据量子信道误码率p经公式h2(pe)＝1-h2(p)计算得到窃听信道的信道误码率pe，采用极化码构造算法计算得到窃听信道对应的虚拟比特子信道的译码误码率2CN110011792A权利要求书2/4页上界，并转换为虚拟比特子信道的信道容量其中，h2(·)为二进制熵函数；S34：发送端将窃听信道的虚拟比特子信道容量按照从小到大排序，满足安全*性要求条件的虚拟比特子信道组成对于窃听端的δN-poor劣化子信道集PN(W,δN)，其余虚拟*比特子信道组成对于窃听端的非δN-poor劣化子信道集not-PN(W,δN)，安全性要求条件如下所述：其中N为码长，δN为目标安全性，i为虚拟比特子信道的信道索引且i∈[1,N]；*S35：将非δN-poor劣化子信道集not-