[發(fā)明專利]基于雙相位調(diào)制和數(shù)據(jù)后處理的連續(xù)變量密鑰分發(fā)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710757265.X
• 申請(qǐng)日: 2017-08-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107682144B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃鵬;汪超;曾貴華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海循態(tài)信息科技有限公司
• 主分類號(hào): H04L9/08
• 分類號(hào): H04L9/08;H04B10/548
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國(guó)中

本發(fā)明提供了一種基于雙相位調(diào)制和數(shù)據(jù)后處理的連續(xù)變量密鑰分發(fā)方法，包括以下兩個(gè)部分：第一部分，雙相位調(diào)制部分，是指對(duì)量子相干態(tài)采用兩個(gè)相位調(diào)制器進(jìn)行信息的調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)完美的高斯調(diào)制；第二部分，先保密加強(qiáng)后密鑰協(xié)商的新型數(shù)據(jù)后處理部分，是指在數(shù)據(jù)后處理階段先進(jìn)行保密加強(qiáng)，在進(jìn)行密鑰協(xié)商。本發(fā)明一方面實(shí)現(xiàn)了一種新的調(diào)制方式，且新的數(shù)據(jù)后處理方案可以提高數(shù)據(jù)后處理的速度，從而提高整個(gè)連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的安全密鑰率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種密鑰分發(fā)方法，具體地，涉及一種基于雙相位調(diào)制和數(shù)據(jù)后處理的連續(xù)變量密鑰分發(fā)方法。

背景技術(shù)

在計(jì)算機(jī)信息技術(shù)迅速發(fā)展的背景下，信息技術(shù)對(duì)信息安全性的要求日益增加。由于能夠在物理上保證量子通信的無(wú)條件安全性，使得量子密鑰分發(fā)(QKD)作為量子通信的重要分支越來(lái)越受到人們的關(guān)注。

QKD技術(shù)整體上可以分為兩類：離散變量量子密鑰分發(fā)(DVQKD)和連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)(CVQKD)。相比離散變量量子密鑰分發(fā)技術(shù)來(lái)說(shuō)，CVQKD有潛在的高碼率和經(jīng)典光纖通信網(wǎng)絡(luò)非常好的融合性的特點(diǎn)。因此CVQKD吸引了世界范圍內(nèi)許多研究機(jī)構(gòu)對(duì)其理論和應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。也正是由于這些原因，使得連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)成為量子通信技術(shù)的一個(gè)重要研究分支。

目前針對(duì)常見(jiàn)的高斯調(diào)制CVQKD的調(diào)制方式主要集中于，信號(hào)被隨機(jī)地調(diào)制在量子態(tài)的正則分量，也就是正則幅度和正則動(dòng)量上。在信號(hào)的調(diào)制過(guò)程中，發(fā)送端Alice將待發(fā)送的信息調(diào)制在量子態(tài)的x和p分量上，在CVQKD實(shí)際系統(tǒng)中對(duì)量子態(tài)的調(diào)制主要通過(guò)光調(diào)制實(shí)現(xiàn)。光調(diào)制器能夠?qū)鈭?chǎng)的幅度、相位以及偏振等分量進(jìn)行調(diào)制，從而使量子態(tài)被調(diào)整為人們需要的狀態(tài)。

在CVQKD系統(tǒng)中，發(fā)送端主要利用強(qiáng)度調(diào)制器(AM,Amplitude Modulator)和相位調(diào)制器(PM,Phase Modulator)這兩種調(diào)制器對(duì)光脈沖信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。CVQKD系統(tǒng)中利用電光幅度調(diào)制器(Electro-Optical Amplitude Modulator)的電光轉(zhuǎn)換效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)量子光的幅度進(jìn)行調(diào)制。一種強(qiáng)度調(diào)制器的實(shí)現(xiàn)方法是通過(guò)在馬赫-曾德?tīng)?Mach-Zehnder)干涉結(jié)構(gòu)的一臂中使用光相位調(diào)制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)利用電光相位調(diào)制器(Electro-Optical PhaseModulator)的電光轉(zhuǎn)換效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)量子光的相位進(jìn)行調(diào)制。它的基本結(jié)構(gòu)是普爾斯盒。通過(guò)先對(duì)量子光進(jìn)行幅度，再進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)量子相干態(tài)的高斯調(diào)制。

但是，在實(shí)際的器件運(yùn)用中絕大部分的AM調(diào)制器，特別是廣泛使用的LiNbO3調(diào)制器，都是偏振敏感型調(diào)制器。這些調(diào)制器中相當(dāng)于內(nèi)置了一個(gè)偏振器件，只有對(duì)準(zhǔn)了偏振方向的偏振光才能通過(guò)，而沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)偏振方向的光將不能通過(guò)。為了減小這種AM對(duì)偏振敏感的特性，本發(fā)明在發(fā)送端采用兩個(gè)偏振無(wú)關(guān)的相位調(diào)制器而不是一個(gè)偏振相關(guān)的幅度調(diào)制器和相位調(diào)制器來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的高斯調(diào)制，這樣一個(gè)雙相位的調(diào)制方案的調(diào)制結(jié)果可以等效為經(jīng)典的GG02協(xié)議的高斯調(diào)制結(jié)果。

同時(shí)，目前CVQKD系統(tǒng)的主要瓶頸在數(shù)據(jù)后處理階段。如何提高數(shù)據(jù)后處理的速度是目前亟需解決的問(wèn)題。傳統(tǒng)上的數(shù)據(jù)后處理階段分為密鑰協(xié)商(Key Reconciliation)和保密加強(qiáng)(Privacy Amplification)兩部分。在低信噪比的CVQKD系統(tǒng)中，一般采用多維協(xié)商方案進(jìn)行密鑰協(xié)商，Alice和Bob兩端得到兩串一樣的密鑰串。但是在保密加強(qiáng)階段仍然需要通過(guò)保密加強(qiáng)算法壓縮掉近90％的密鑰串。這樣在密鑰協(xié)商階段需要對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行密鑰協(xié)商，但是協(xié)商出來(lái)的密鑰大部分需要去掉，這樣就會(huì)導(dǎo)致后處理的數(shù)據(jù)處理變得很慢，從而導(dǎo)致整個(gè)CVQKD系統(tǒng)的密鑰率很低。針對(duì)原有方案的不足，本發(fā)明提出一種在后處理階段先進(jìn)行保密加強(qiáng)，再進(jìn)行密鑰協(xié)商的方案，這樣一來(lái)可以提高數(shù)據(jù)后處理的速度，從而提高整個(gè)CVQKD系統(tǒng)的密鑰率。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于雙相位調(diào)制和數(shù)據(jù)后處理的連續(xù)變量密鑰分發(fā)方法，其通過(guò)優(yōu)化現(xiàn)有的信息調(diào)制技術(shù)，改進(jìn)數(shù)據(jù)后處理流程，進(jìn)而提高后處理的數(shù)據(jù)處理速度，提高整個(gè)CVQKD系統(tǒng)的密鑰率。