[發(fā)明專利]離散變量量子密鑰分發(fā)中LDPC糾錯碼率自適應(yīng)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711033413.X
• 申請日: 2017-10-30
• 公開（公告）號: CN109728900B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 安仲慶;修亮;余剛;劉建宏
• 申請（專利權(quán)）人: 科大國盾量子技術(shù)股份有限公司
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04L1/00
• 代理公司: 合肥市浩智運(yùn)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34124
• 代理人: 丁瑞瑞

本發(fā)明公開了一種離散變量量子密鑰分發(fā)中LDPC糾錯碼率自適應(yīng)方法，包括下述步驟：Alice與Bob兩端Shortening數(shù)據(jù)池的建立：在DVQKD進(jìn)行密鑰分發(fā)前，在Alice與Bob兩端預(yù)先保存一定數(shù)量的密鑰作為Shortening數(shù)據(jù)池；計算初次預(yù)期f因子；根據(jù)預(yù)期f因子選擇預(yù)期碼率R；根據(jù)預(yù)期碼率R計算Shortening數(shù)據(jù)的個數(shù)；Alice選取Shortening數(shù)據(jù)池中的數(shù)據(jù)，編碼并傳輸數(shù)據(jù)；Bob選取Shortening數(shù)據(jù)池中的數(shù)據(jù)，糾錯并確認(rèn)。本發(fā)明還提供了一種離散變量量子密鑰分發(fā)中LDPC糾錯碼率自適應(yīng)系統(tǒng)。本發(fā)明的優(yōu)點在于：在Alice與Bob兩端分別建立Shortening數(shù)據(jù)池，避免了Shortening的數(shù)據(jù)在公共經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)上傳輸，既能夠減少泄漏的信息量，又能夠減少網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理技術(shù)，更具體涉及一種離散變量量子密鑰分發(fā)后處理數(shù)據(jù)糾錯的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的DVQKD(離散變量量子密鑰分發(fā))中自適應(yīng)碼率的LDPC(低密度奇偶校驗碼，Low Density Parity Check Code)糾錯方案是基于Puncturing(穿刺)和Shortening(縮短)碼率自適應(yīng)方案的。Puncturing是通過減少校驗節(jié)點的方法來提高碼率，可以等效為使用誤碼率是50％的糾錯數(shù)據(jù)；Shortening是通過減少變量節(jié)點的方法來降低碼率，可以等效為使用誤碼率是0％的糾錯數(shù)據(jù)?；诘刃У姆椒?，現(xiàn)有的方案一方面是讓Alice與Bob兩端同時產(chǎn)生相同數(shù)量的完全無關(guān)的真隨機(jī)數(shù)來填充糾錯數(shù)據(jù)列，從而達(dá)到Puncturing的效果，也就是提高碼率的效果；另一方面，讓Alice產(chǎn)生部分隨機(jī)數(shù)序列，通過公共的經(jīng)典信道傳輸給Bob，從而達(dá)到Shortening的效果，也就是降低碼率的效果。這樣新的碼率R就有如下的表達(dá)形式：

R₀是固定矩陣的碼率，σ是s/n(Shortening節(jié)點數(shù)s占總節(jié)點數(shù)n的比例)，π是p/n(Puncturing節(jié)點數(shù)p占總節(jié)點數(shù)n的比例)。d＝s+p是總的用于可變碼率的節(jié)點數(shù)，一般為了平衡糾錯的性能，d的比例可以選擇為總節(jié)點數(shù)n的10％，δ＝d/n。這樣碼率變化的范圍就是：

現(xiàn)有糾錯方案的步驟如下：

a)根據(jù)預(yù)期f因子選擇預(yù)期碼率：在DVQKD進(jìn)行密鑰分發(fā)時，同時在Alice與Bob兩端積累了誤碼率為ε的原始密鑰(sifted key)。為了糾正sifted key之間的誤碼同時泄漏最少的信息量，這就需要根據(jù)預(yù)期的f因子來改變碼率固定的LDPC糾錯矩陣。預(yù)期碼率的計算公式：

R＝1-f(∈)H₂(∈)

f(ε)是預(yù)估的f因子，初次計算可以選取1.05，H₂(ε)是二元香農(nóng)熵。

b)根據(jù)預(yù)期碼率計算Shortening數(shù)據(jù)的個數(shù)：Shortening數(shù)據(jù)的個數(shù)多少取決于步驟a)中計算的預(yù)期碼率的大小，公式如下：

floor是對計算的值向上取整。

c)Alice編碼與傳輸信息：Alice計算得到Shortening數(shù)據(jù)個數(shù)，相應(yīng)的Puncturing數(shù)據(jù)的個數(shù)也確定了下來。根據(jù)原理中的描述，將Shortening與Puncturing的數(shù)據(jù)加入到Alice端的sifted key序列中進(jìn)行編碼，之后將編碼后得到的校驗信息與Shortening數(shù)據(jù)通過公共的經(jīng)典信道傳給Bob。

d)Bob糾錯與確認(rèn)：Bob接收到Alice發(fā)送的校驗信息與Shortening數(shù)據(jù)后，將Shortening數(shù)據(jù)與自身產(chǎn)生的Puncturing數(shù)據(jù)加入到sifted key中，使用LDPC糾錯矩陣進(jìn)行糾錯，如果糾錯成功，通知Alice，兩端進(jìn)行隱私放大工作；如果糾錯失敗，通知Alice，Alice將預(yù)期f因子的值增加，重復(fù)步驟a)。