[發明專利]一種四態調制連續變量量子密鑰分發數據協調方法及系統

在審

• 申請號: 201711200554.6
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN109842486A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 曾榮;馬媛媛;黃秀麗;趙生妹;胡康;錢陳辰;管小娟;周誠;汪晨;李偉偉;邵志鵬;石聰聰
• 申請（專利權）人: 全球能源互聯網研究院有限公司;國網上海市電力公司;南京郵電大學;國家電網公司
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

本發明涉及一種四態調制連續變量量子密鑰分發數據協調方法及系統，所述方法包括：將密鑰調制到相干態，通過量子信道發送至接收端；利用平衡零差探測器獲取測量結果，進而獲取相干態的歸一化結果，并確定濾函數值，判斷是否保留各位密鑰，若是，則在該位密鑰的位置標記凍結位信息，將保留的密鑰中密鑰信息段通過經典信道發送至發送端；判斷量子信道是否安全，將判斷信息發送至接收端；若判斷信息為量子信道安全，則將除密鑰信息段外的密鑰信息的凍結位信息經系統Polar碼編碼后發送至發送端；經系統Polar碼譯碼，獲取該凍結位信息對應的密鑰信息，經密性放大，獲取最終安全密鑰。本發明可提高數據協調效率，有效提取安全密鑰，可以降低設備復雜度。

技術領域

本發明屬于量子信息科學交叉技術領域，具體涉及一種四態調制連續變量量子密鑰分發數據協調方法及系統。

背景技術

依據量子力學的物理特性，量子密鑰分發(Quantum key distribution,QKD)協議在發送者和接收者之間通過量子信道傳輸編碼信息的量子態，可在合法用戶間建立安全的通信密鑰，并從物理機制上保證其安全性和對竊聽者的可檢測性。QKD協議的理論方案都包含兩個部分，第一部分包括數據的編碼、傳輸、解碼，目的是在兩個用戶之間建立共享數據，獲得篩選密鑰；第二部分是通過誤碼率估計，檢測出已有的傳輸過程是否安全。如果結果表明傳輸過程安全，則可通過信息后處理方法，最終獲得安全的密鑰。與離散變量量子密鑰分發(DVQKD)協議利用光子的偏振、相位等離散變量來承載信息不同，連續變量量子密鑰分發(CVQKD)是一種利用連續變化的物理量來承載所需分發的密鑰信息的量子密鑰分發協議。因其制備設備簡單、探測效率高、與現有光纖網絡兼容性好等優勢，成為量子密鑰分發的研究熱點。

在連續變量量子密鑰分發協議中，不僅可以選擇不同的量子態作為信息的載體，還可以選擇不同的信息調制方式，最常見的有高斯調制和離散調制。理論和實驗表明，高斯調制的CVQKD協議雖有著互信息最大的優勢，其缺點也十分明顯，即通信距離遠遠小于離散變量量子密鑰分發協議。主要原因是隨著通信距離的增加，數據協調效率下降迅速。目前解決這個問題有兩種思路：一種是設計出性能更好的數據協調算法，在信噪比很低的情況下也仍有較高的協調效率；另一種是使用非高斯調制協議。

2009年，Leverrier等人提出了二態和四態調制的相干態CVQKD協議，這是非高斯調制協議的一種，增加了通信傳輸距離，但該協議使用的線性無噪放大器設備復雜且實際成功率遠低于期望值，因此無法滿足需求。

發明內容

本發明提供一種四態調制連續變量量子密鑰分發數據協調方法及系統，其目的是基于本發明提供的一種四態調制連續變量量子密鑰分發數據協調方法及系統，提高數據協調效率，有效提取安全密鑰，并降低設備復雜度。

本發明的目的是采用下述技術方案實現的：

一種四態調制連續變量量子密鑰分發數據協調方法，其改進之處在于，所述方法用于發送端，包括：

通過激光器將密鑰調制到相干態的振幅分量和相位分量上，并通過量子信道將所述相干態發送至接收端；

根據接收到的密鑰與所述發送端自身原有的密鑰的誤碼率判斷所述量子信道是否安全，并將判斷信息發送至接收端；

接收來自接收端返回的密鑰的凍結位信息；

獲取接收的凍結位信息在所述發送端自身原有的密鑰上對應的密鑰信息；

將所述凍結位信息在所述發送端自身原有的密鑰上對應的密鑰信息密性放大，獲取最終安全密鑰。

優選的，所述接收到的密鑰為所述接收端對所述相干態進行如下處理后發送至所述發送端的密鑰信息段：

利用平衡零差探測器測量接收到的相干態，獲取所述密鑰中各位密鑰的平衡零差探測器測量結果；